I dette blogginnlegget kan du lese om en genial forskers spennende liv.
Hva var historien om Paul Dirac?
Paul Dirac var en britisk teoretisk fysiker som bidro grunnleggende til utviklingen av kvantemekanikk, kvantefeltteori og kvanteelektrodynamikk. Han er mest kjent for sine forsøk på å forene kvantemekanikken og relativitetsteorien. Dirac-ligningen hans, som ble formulert i 1928 og beskriver oppførselen til fermioner som elektronet, forutså eksistensen av antimaterie som positronet. Han delte Nobelprisen i fysikk i 1933 med Erwin Schrödinger «for oppdagelsen av nye og produktive former for atomteori», og regnes av noen som en av de største fysikerne gjennom tidene.
Paul Adrien Maurice Dirac ble født 8. august 1902 i Bristol i England. Han vokste opp i et uvanlig strengt og autoritært hjem hos sin far, en sveitsisk innvandrer, og fikk sin utdannelse ved Merchant Venturers’ Technical College (der faren var fransklærer), en institusjon tilknyttet University of Bristol som la vekt på naturvitenskapelige fag og moderne språk.
Dirac fortsatte sine studier ved University of Bristol, der han tok eksamen i elektroteknikk i 1921, etterfulgt av en bachelorgrad i anvendt matematikk i 1923. Han fikk et stipend for å forske ved St John’s College i Cambridge, der han ble værende det meste av sin karriere, og forfulgte sine interesser innen generell relativitetsteori og det nye kvanteteorifeltet, først under veiledning av Ralph Fowler.
Han begynte å arbeide med kvantemekanikk nesten så snart den ble introdusert av Werner Heisenberg i 1925, og ble tildelt en doktorgrad i 1926 for sin kanoniske kvantifisering av den klassiske mekanikken basert på Heisenbergs nylig foreslåtte matriseformulering av kvantemekanikken. Hans matematiske ekvivalent uavhengig av Heisenbergs matriseformulering besto av en ikke-kommutativ algebra for beregning av atomære egenskaper.
Basert på Wolfgang Paulis arbeid med ikke-relativistiske spinnsystemer foreslo han i 1928 «Dirac-ligningen» som en relativistisk bevegelseslikning for elektronets bølgefunksjon. Dette arbeidet førte også til at han forutså eksistensen av positronet (elektronets antipartikkel, som er identisk med elektronet på alle måter bortsett fra ladningen, og hvis eksistens ble observert og bekreftet av Carl Anderson i 1932) og materie-antimaterie-utslettelse, i tillegg til at han bidro til å forklare opprinnelsen til kvantespinnet som et relativistisk fenomen. Han var også ansvarlig for utviklingen av «bra-ket»-notasjonen (eller Dirac-notasjonen), standardnotasjonen for å beskrive kvantetilstander i kvantemekanisk teori, bestående av parenteser (chevrons) og vertikale streker.
Dirac reiste mye, særlig i sine yngre år, og studerte ved en rekke utenlandske universiteter, blant annet i København, Göttingen, Leyden, Wisconsin, Michigan og Princeton, og han besøkte Sovjetunionen flere ganger. I 1929, etter å ha tilbrakt fem måneder i Amerika, fortsatte han sin verdensturné med et besøk i Japan (sammen med Heisenberg), før han returnerte via Sibir.
Boken hans fra 1930, «Principles of Quantum Mechanics», regnes som en referanse i vitenskapshistorien og ble raskt en av standardlærebøkene om emnet (den brukes fortsatt i dag). I dette verket integrerte Dirac Heisenbergs tidligere arbeid om matrisemekanikk og Erwin Schrödingers arbeid om bølgemekanikk i én matematisk formalisme. Det var i stor grad takket være denne boken at han fikk sin del av Nobelprisen i fysikk i 1933.
Han ble Lucasian-professor i matematikk ved Cambridge i 1932, en stilling han hadde i de neste 37 årene. På begynnelsen av 1930-tallet introduserte Dirac ideen om vakuumpolarisering og utviklet kvanteelektrodynamikken (han var den første som brukte begrepet). I 1933 viste han at eksistensen av én enkelt magnetisk monopol i universet ville være tilstrekkelig til å forklare den observerte kvantiseringen av elektrisk ladning (selv om det til dags dato ennå ikke er funnet noe overbevisende bevis for eksistensen av fysiske magnetiske monopoler). I 1937 foreslo han en spekulativ kosmologisk modell basert på den såkalte «store tall»-hypotesen som, selv om den ikke ble akseptert av mainstreamfysikken, har hatt stor innflytelse på tilhengere av andre ikke-standardiserte kosmologier.
Dirac giftet seg med Margit «Manci» Wigner (søster av den ungarsk-amerikanske fysikeren og matematikeren Eugène Wigner) i 1937. Han adopterte Margits to barn, Judith og Gabriel, og paret fikk ytterligere to barn sammen, Mary og Florence. Han var kjent som en svært presis og ordentlig mann, men sjenert, beskjeden og fåmælt, og det har blitt hevdet at autismen hans var avgjørende for hans suksess som teoretisk fysiker. Hans viktige bidrag til fysikken var i stor grad motivert av prinsipper om matematisk skjønnhet, og han sa en gang: «Gud brukte vakker matematikk for å skape verden». Han skal imidlertid ha sagt: «Jeg kjenner ikke igjen noen religiøse myter, i hvert fall ikke fordi de motsier hverandre», og han kritiserte sterkt den politiske manipuleringen av religion.
Paul Dirac vant Nobelprisen i fysikk i 1933 sammen med sin kollega Erwin Schrödinger for oppdagelsen av nye produktive former for atomteori. Han mottok også Royal Medal (i 1939), Copley-medaljen og Max Planck-medaljen (begge i 1952), blant andre utmerkelser, og ble valgt til Fellow of the Royal Society i 1930, og av American Physical Society i 1948, og ble utnevnt til medlem av den britiske Order of Merit i 1973.
Under andre verdenskrig arbeidet han med uranseparasjon og kjernefysiske våpen, men mot slutten av sitt liv beveget arbeidet hans seg stadig lenger bort fra mainstream. På 1960-tallet utviklet han en teori om «begrenset kvantisering», der han identifiserte generelle kvanteregler for vilkårlige klassiske systemer, og hans analyse av kvantefeltene i membranvibrasjoner på begynnelsen av 1960-tallet har vist seg å være svært nyttig for moderne utøvere av superstrengteori og dens nært beslektede etterfølger, M-teori.
Etter å ha undervist som Lucasian Professor of Mathematics ved Cambridge fra 1932 til 1968, flyttet han til Florida for å være i nærheten av datteren Mary, og tilbrakte sine siste år med å undervise ved University of Miami i Coral Gables og Florida State University i Tallahassee. Dirac døde 20. oktober 1984 i Tallahassee i Florida, der han ligger begravet.