Поль Дирак

Поль Дирак ОМ ФРС
Дирак, сфотографирован в 1933 году.
Родившийся	Поль Адриан Морис Дирак ( 1902-08-08 )8 августа 1902 г. Бристоль , Англия
Умер	20 октября 1984 г. (1984-10-20)(82 года) Таллахасси, Флорида , США
Национальность	Швейцарцы (1902–1984) [ сомнительно - обсудить ] Британцы (1919–84)
Альма-матер	Бристольский университет Кембриджский университет
Известен	Дирак сопряженный Алгебра Дирака Кронштейн Дирака Гребень Дирака Уравнение Дирака – Кулона – Брейта. Постоянная Дирака Дельта-функция Дирака Уравнение Дирака Фермион Дирака Поле Дирака Датчик Дирака Теория дыр Дирака Гипотеза больших чисел Дирака Матрицы Дирака Мера Дирака Мембрана Дирака Монополь Дирака Обозначение Дирака Оператор Дирака Картина Дирака Море Дирака Спектр Дирака Спинор Дирака Струна Дирака Уловка Дирака со струной Аксиомы Дирака – фон Неймана Сила Абрахама – Лоренца – Дирака. Каноническое квантование Каноническая квантовая гравитация Обменное взаимодействие Ограничение первого класса Интеграл Ферми – Дирака Полный интеграл Ферми – Дирака. Статистика Ферми – Дирака Эффект Капицы – Дирака Математическая формулировка квантовой механики Отрицательная вероятность Формулировка интеграла по траекториям Основное ограничение Квантовая электродинамика Спиновый магнитный момент Виртуальная частица Легкое фронтальное квантование Список вещей, названных в честь Поля Дирака
Супруг (а)	Маргит Вигнер Взаимодействие с другими людьми ( М.  1937 )
Награды	Нобелевская премия по физике (1933) Королевская медаль (1939) Медаль Копли (1952) Медаль Макса Планка (1952) Член Королевского общества (1930) [1]
Научная карьера
Поля	Теоретическая физика
Учреждения	Кембриджский университет Университет Майами Государственный университет Флориды
Докторант	Ральф Фаулер
Докторанты	Хоми Дж. Бхабха [2] Хариш Чандра Мехта [3] Деннис Скиама Фред Хойл [4] Бехрам Куршуноглу [5] Джон Полкингхорн [6]
Влияния	Джон Стюарт Милль [7] [8]

Часть серии по
Квантовая механика
${\displaystyle i\hbar {\frac {\partial }{\partial t}}|\psi (t)\rangle ={\hat {H}}|\psi (t)\rangle }$ Уравнение Шредингера
Вступление Глоссарий История Учебники
Фон Классическая механика Старая квантовая теория Обозначение Бра – Кет Гамильтониан Вмешательство
Основы Родившееся правило Комптоновская длина волны Согласованность Декогеренция Комплементарность Уровень энергии Запутанность Гамильтониан Принцип неопределенности Основное состояние Амплитуда вероятности Распределение вероятностей Вмешательство Измерение Слабое измерение Нелокальность Наблюдаемый Оператор Квантовый Квантовая флуктуация Квантовое число Квантовый шум Квантовая область Квантовое состояние Квантовая система Квантовая телепортация Кубит Вращение Суперпозиция Квантовое вакуумное состояние Симметрия (Спонтанное) нарушение симметрии Состояние вакуума Распространение волн Волновая функция Коллапс волновой функции Дуальность волна-частица Волна материи Прямоугольный потенциальный барьер Фокское пространство
Последствия Эффект Зеемана Эффект Старка Эффект Ааронова – Бома. Квантование Ландау Квантовый эффект Холла Квантовый эффект Зенона Квантовое туннелирование Фотоэлектрический эффект Эффект Казимира
Эксперименты Неравенство Белла Дэвиссон-Гермер Двойная щель Элицур – Вайдман Франк-Герц Неравенство Леггетта – Гарга Мах – Цендер Поппер Квантовый ластик  ( отложенный выбор ) Кот Шредингера Штерн-Герлах Отсроченный выбор Уиллера
Составы Обзор Динамические картинки ( Гейзенберг ; Взаимодействие ; Шредингер ) Матрица Фазовое пространство Суммирование по историям (интеграл по путям)
Уравнения Дирак Хеллманн-Фейнман Кляйн – Гордон Липпманн-Швингер Паули Ридберг Шредингер
Интерпретации Обзор Байесовский Последовательные истории Копенгаген де Бройль-Бом Ансамбль Скрытая переменная Многомиры Объективный коллапс Квантовая логика Реляционный Транзакционный
Дополнительные темы Гипотеза термализации собственного состояния Квантовый отжиг Квантовый хаос Квантовые вычисления Квантовая геометрия Матрица плотности Квантовая теория поля Дробная квантовая механика Квантовая гравитация Квантовая информатика Квантовое машинное обучение Теория возмущений (квантовая механика) Релятивистская квантовая механика Теория рассеяния Теория сверхтекучего вакуума Самопроизвольное параметрическое преобразование с понижением частоты Квантовая статистическая механика
Ученые Ааронов Колокол Blackett Блох Бом Бор Родившийся Bose де Бройль Кэндлин Комптон Дирак Дэвиссон Дебай Эренфест Эйнштейн Эверетт Фок Ферми Фейнман Глаубер Gutzwiller Гейзенберг Гильберта Иордания Крамерс Паули ягненок Ландо Лауэ Мозли Милликен Оннес Планк Раби Раман Ридберг Шредингер Зоммерфельд фон Нейман Weyl Вена Вигнер Zeeman Цайлингер Гоудсмит Уленбек Ян
Категории ► Квантовая механика
v т е

Поль Адриен Морис Дирак О.М. FRS ^[9] ( / d ɪ г æ к / ; 8 августа 1902 - 20 октября 1984) был английский физик - теоретик , который считается одним из самых значительных физиков 20 - го века. ^[10]

Дирак внес фундаментальный вклад в раннее развитие как квантовой механики, так и квантовой электродинамики . Среди других открытий он сформулировал уравнение Дирака, которое описывает поведение фермионов и предсказал существование антивещества . Дирак разделил Нобелевскую премию по физике 1933 года с Эрвином Шредингером «за открытие новых продуктивных форм атомной теории ». ^[11] Он также внес значительный вклад в согласование общей теории относительности с квантовой механикой.

Друзья и коллеги считали Дирака необычным персонажем. В 1926 письме Павла Эренфест , Альберт Эйнштейн писал Дирак, « У меня есть проблемы с Дираком. Этой балансирование на головокружительном пути между гением и безумием ужасно.» В другом письме он написал: «Я вообще не понимаю Дирака ( эффект Комптона )». ^[12]

Он был профессором математики в Кембриджском университете , был членом Центра теоретических исследований Университета Майами и последние десять лет своей жизни провел в Университете штата Флорида .

Личная жизнь

Ранние годы

Поль Адриан Морис Дирак родился в доме своих родителей в Бристоле , Англия, 8 августа 1902 года ^[13] и вырос в районе Бишопстона города. ^[14] Его отец, Шарль Адриан Ладислас Дирак, был иммигрантом из Сен-Мориса, Швейцария , который работал в Бристоле учителем французского языка. Его мать, Флоренс Ханна Дирак, урожденная Холтен, дочь капитана корабля, родилась в Корнуолле , Англия, и работала библиотекарем в Центральной библиотеке Бристоля . У Поля была младшая сестра Беатрис Изабель Маргарита, известная как Бетти, и старший брат Реджинальд Шарль Феликс, известный как Феликс, ^{[15] [16]}который умер в результате самоубийства в марте 1925 года. ^[17] Дирак позже вспоминал: «Мои родители были ужасно огорчены. Я не знал, что они так сильно заботились ... Я никогда не знал, что родители должны были заботиться о своих детях, но с тех пор я знал ". ^[18]

Чарльз и дети были официально швейцарскими гражданами, пока они не натурализовались 22 октября 1919 года. ^[19] Отец Дирака был строгим и авторитарным, хотя и не одобрял телесных наказаний. ^{[20] У} Дирака были натянутые отношения со своим отцом, настолько, что после его смерти Дирак написал: «Теперь я чувствую себя намного свободнее, и я сам себе человек». Чарльз заставлял своих детей говорить с ним только по-французски, чтобы они могли выучить язык. Когда Дирак обнаружил, что не может выразить то, что хотел сказать по-французски, он решил промолчать. ^{[21] [22]}

Образование

Дирак получил образование сначала в начальной школе Бишоп-Роуд ^[23], а затем в техническом колледже торговцев-предпринимателей для мальчиков (позже - Cotham School ), где его отец был учителем французского языка. ^[24] Школа была учреждением, прикрепленным к Бристольскому университету , которое разделяло территорию и персонал. ^[25] Особое внимание уделялось техническим предметам, таким как кладка кирпича, сапожное дело и металлообработка, а также современным языкам. ^[26] Это было необычно в то время, когда среднее образование в Великобритании все еще было посвящено в основном классическим произведениям, и за что Дирак позже выразил свою благодарность. ^[25]

Дирак изучал электротехнику по стипендии Университета города Бристоль на инженерном факультете Бристольского университета, который был совмещен с Техническим колледжем торговых предприятий. ^[27] Незадолго до того, как он получил степень в 1921 году, он сдал вступительные экзамены в колледж Святого Иоанна в Кембридже . Он сдал экзамен и получил стипендию в размере 70 фунтов стерлингов, но этого не хватило для того, чтобы жить и учиться в Кембридже. Несмотря на то, что он окончил университет со степенью бакалавра инженерных наук с отличием , экономический климат послевоенной депрессии был таков, что он не смог найти работу инженером. Вместо этого он принял предложение учиться наСтепень бакалавра математики в Бристольском университете бесплатно. Ему разрешили пропустить первый год курса из-за его инженерной степени. ^[28]

В 1923 году Дирак окончил университет, снова с отличием первого класса, и получил стипендию в размере 140 фунтов стерлингов от Департамента научных и промышленных исследований . ^[29] Наряду со стипендией в размере 70 фунтов стерлингов в колледже Святого Иоанна этого было достаточно, чтобы жить в Кембридже. Там Дирак преследовал свои интересы в области общей теории относительности , интерес, который он приобрел ранее, будучи студентом в Бристоле, и в зарождающейся области квантовой физики под руководством Ральфа Фаулера . ^[30] С 1925 по 1928 год он занимал стипендию 1851 года от Королевской комиссии по выставке 1851 года . ^[31]Он защитил докторскую диссертацию в июне 1926 года, впервые представив диссертацию по квантовой механике. ^[32] Затем он продолжил свои исследования в Копенгагене и Геттингене. ^[31] Весной 1929 года он был приглашенным профессором Университета Висконсин-Мэдисон . ^{[33] [34]}

Семья

В 1937 году Дирак женился на Маргит Вигнер ( сестре Юджина Вигнера ). Он усыновил двоих детей Маргит, Джудит и Габриэля . У Пола и Маргит Дирак было двое детей, обе дочери, Мэри Элизабет и Флоренс Моника.

Маргит, известная как Манси, посетила своего брата в 1934 году в Принстоне, штат Нью-Джерси , из ее родной Венгрии, и во время ужина в ресторане Annex встретила «одинокого мужчину за соседним столиком». В этом рассказе корейского физика Ю.С. Кима, который познакомился с Дираком и находился под его влиянием, также говорится: «Для физического сообщества весьма удачно, что Манси хорошо позаботился о нашем уважаемом Поле А.М. Дираке. Дирак опубликовал одиннадцать статей в течение периода 1939 года. –46 ... Дирак смог сохранить свою нормальную исследовательскую продуктивность только потому, что всем остальным отвечал Манси ». ^[35]

Личность

Дирак был известен среди своих коллег своей точной и неразговорчивой натурой. Его коллеги в Кембридже в шутку определили единицу, называемую «дирак», то есть одно слово в час. ^[36] Когда Нильс Бор пожаловался, что не знает, как закончить предложение в научной статье, которую он писал, Дирак ответил: «В школе меня учили никогда не начинать предложение, не зная его конца». ^[37] Он подверг критике интерес физика Роберта Оппенгеймера к поэзии: «Цель науки - сделать сложные вещи понятными более простым способом; цель поэзии - сформулировать простые вещи непонятным образом. несовместимо ". ^[38]

Сам Дирак писал в своем дневнике во время учебы в аспирантуре, что он сосредоточился исключительно на своих исследованиях и остановился только в воскресенье, когда совершал длительные прогулки в одиночестве. ^[39]

В обзоре биографии 2009 года рассказывается анекдот, в котором Вернер Гейзенберг и Дирак плыли на океанском лайнере на конференцию в Японию в августе 1929 года. «человек, который постоянно флиртовал и танцевал, в то время как Дирак -« эдвардианский фанатик », как выразился биограф Грэм Фармело - страдал от агонии, если его заставляли общаться или болтать». «Почему ты танцуешь?» . Дирак спросил своего собеседника : «Когда есть хорошие девочки, это удовольствие» , ответил Гейзенберга Дирак обдумывал эту идею, а затем выпалил: «? Но, Гейзенберг, как вы заранее знаете , что девушки хороши » " ^{[40 ]}

Маргит Дирак рассказала Джорджу Гамову и Антону Капри в 1960-х, что ее муж сказал посетителю дома: «Позвольте мне представить сестру Вигнера, которая теперь моя жена». ^{[41] [42]}

Другая история, рассказанная о Дираке, заключается в том, что, когда он впервые встретил молодого Ричарда Фейнмана на конференции, он сказал после долгого молчания: «У меня есть уравнение. У вас тоже есть?» ^[43]

После того, как он выступил с лекцией на конференции, один коллега поднял руку и сказал: «Я не понимаю уравнение в правом верхнем углу доски». После долгого молчания модератор спросил Дирака, хочет ли он ответить на вопрос, на что Дирак ответил: «Это был не вопрос, это был комментарий». ^{[44] [45]}

Дирак также отличался личной скромностью. Он назвал уравнение временной эволюции квантово-механического оператора, которое он первым записал, «уравнением движения Гейзенберга». Большинство физиков говорят о статистике Ферми – Дирака для частиц с полуцелым спином и статистике Бозе – Эйнштейна для частиц с целым спином. Позднее, читая лекции, Дирак всегда настаивал на том, чтобы называть прежнюю статистику Ферми. Он назвал последнюю «статистикой Бозе» по причинам, как он объяснил, «симметрии». ^[46]

Взгляды на религию

Гейзенберг вспомнил разговор между молодыми участниками Сольвеевской конференции 1927 года об Эйнштейне и взглядах Планка на религию между Вольфгангом Паули , Гейзенбергом и Дираком. Вклад Дирака заключался в критике политической цели религии, которую Бор считал вполне ясной, когда позже услышал ее от Гейзенберга. ^[47] Среди прочего, Дирак сказал:

Я не могу понять, почему мы праздно обсуждаем религию. Если мы честны - а ученые должны быть честными, - мы должны признать, что религия - это нагромождение ложных утверждений, не имеющих реальной основы. Сама идея Бога - продукт человеческого воображения. Вполне понятно, почему первобытные люди, которые были гораздо более подвержены влиянию всепоглощающих сил природы, чем мы сегодня, должны были олицетворять эти силы в страхе и трепете. Но в наши дни, когда мы понимаем так много природных процессов, нам не нужны такие решения. Я хоть убей не могу понять, как постулат Всемогущего Бога хоть как-то помогает нам. Что я действительно вижу, так это то, что это предположение приводит к таким непродуктивным вопросам, почему Бог допускает столько страданий и несправедливости, эксплуатацию бедных богатыми и все другие ужасы, которые Он мог предотвратить.Если религии все еще преподают, то это отнюдь не потому, что ее идеи все еще убеждают нас, а просто потому, что некоторые из нас хотят сохранить спокойствие среди низших классов. Спокойными людьми гораздо легче управлять, чем шумными и недовольными. Их также намного проще использовать. Религия - это своего рода опиум, который позволяет нации убаюкивать себя желаемыми мечтами и тем самым забывать о несправедливостях, совершаемых против людей. Отсюда тесный союз между этими двумя великими политическими силами, государством и церковью. Оба нуждаются в иллюзии, что добрый Бог вознаграждает - на небесах, если не на земле - всех тех, кто не восстал против несправедливости, кто тихо и безропотно выполнил свой долг. Именно поэтому честное утверждение, что Бог - простой продукт человеческого воображения, заклеймено как наихудший из всех смертных грехов.^[48]

Взгляд Гейзенберга был терпимым. Паули, выросший как католик, промолчал после нескольких первоначальных замечаний, но когда, наконец, его спросили, что он думает, он сказал: «Что ж, у нашего друга Дирака есть религия, и ее руководящий принцип -« Бога нет, а Поль » Дирак пророк Его. " " Все, в том числе Дирак, расхохотался. ^{[49] [50]}

Позже взгляды Дирака на идею Бога были менее резкими. Как автор статьи, опубликованной в журнале Scientific American за май 1963 года , Дирак писал:

Кажется, одна из фундаментальных черт природы заключается в том, что фундаментальные физические законы описываются в терминах математической теории великой красоты и силы, требующей довольно высокого уровня математики для ее понимания. Вы можете спросить: почему природа построена по этим линиям? Можно только ответить, что наши нынешние знания, кажется, показывают, что природа устроена таким образом. Мы просто должны это принять. Возможно, можно было бы описать ситуацию, сказав, что Бог - математик очень высокого уровня, и Он использовал очень продвинутую математику при построении Вселенной. Наши слабые попытки в математике позволяют нам немного понять Вселенную, и по мере того, как мы продолжаем развивать все более высокую математику, мы можем надеяться лучше понять Вселенную. ^[51]

В 1971 году на конференции Дирак выразил свое мнение о существовании Бога. ^[52] Дирак объяснил, что существование Бога может быть оправдано, только если в прошлом произошло невероятное событие:

Может быть, начать жизнь крайне сложно . Может быть, так трудно начать жизнь, что это произошло только один раз среди всех планет ... Давайте рассмотрим в качестве предположения, что шанс возникновения жизни, когда у нас будут подходящие физические условия, равен 10 ^{- 100}. У меня нет никаких логических оснований предлагать эту цифру, я просто хочу, чтобы вы рассмотрели это как возможность. В тех условиях ... почти наверняка жизнь не началась бы. И я чувствую, что в этих условиях необходимо будет предположить существование бога, чтобы начать жизнь. Поэтому я хотел бы установить эту связь между существованием бога и физическими законами: если физические законы таковы, что начало жизни связано с чрезмерно малым шансом, поэтому было бы неразумно предполагать, что жизнь будет иметь началось просто по слепой случайности, значит, должен быть бог, и такой бог, вероятно, проявит свое влияние в квантовых скачках, которые происходят позже. С другой стороны, если жизнь может начаться очень легко и не требует никакого божественного влияния, тогда я скажу, что бога нет.^[53]

Дирак не придерживался какой-либо определенной точки зрения, но он описал возможности научного ответа на вопрос о Боге. ^[54]

Почести

Дирак разделил Нобелевскую премию 1933 года по физике с Эрвином Шредингером «за открытие новых продуктивных форм атомной теории». ^[11] Дирак был также награжден Королевской медалью в 1939 году и как медаль Копли и Макса Планка медаль в 1952 году он был избран действительным членом Королевского общества в 1930 году ^[9] Почетный сотрудник Американского физического общества в 1948 году и почетный член Института физики в Лондоне в 1971 году. В 1969 году он получил первую премию памяти Дж. Роберта Оппенгеймера . ^{[55] [56]} Дирак стал членомОрден «За заслуги» в 1973 году, ранее отказавшись от рыцарского звания, поскольку не хотел, чтобы к нему обращались по имени. ^{[40] [57]}

Смерть

В 1984 году Дирак умер в Таллахасси, штат Флорида , и был похоронен на кладбище Таллахасси Розелон. ^[58] Дом детства Дирака в Бишопстоне, Бристоль , отмечен синей мемориальной доской , ^[59] а близлежащая улица Дирака названа в знак признания его связей с городом Бристоль . Памятный камень был установлен в саду в Сен-Морисе, Швейцария , городе происхождения семьи его отца, 1 августа 1991 года. 13 ноября 1995 года памятный маркер, сделанный из зеленого сланца Берлингтона и на котором было написано уравнение Дирака , был установлен. открыт в Вестминстерском аббатстве . ^[58][60] декан Вестминстера , Эдвард Карпентер , первоначально отказаноразрешении на мемориале, думая Дирак быть анти-христианином, ноконце концов (течение пяти лет) уговорили смягчиться. ^[61]

Карьера

Дирак основал наиболее общую теорию квантовой механики и открыл релятивистское уравнение для электрона, которое теперь носит его имя. Замечательное представление об античастице для каждой частицы фермиона - например, позитрон как античастица для электрона - проистекает из его уравнения. Он был первым, кто разработал квантовую теорию поля, которая лежит в основе всех сегодняшних теоретических работ по субатомным или «элементарным» частицам, работы, которая является фундаментальной для нашего понимания сил природы. Он предложил и исследовал концепцию магнитного монополя , объекта, еще не известного эмпирически, как средство придания еще большей симметрии уравнениям электромагнетизма Джеймса Клерка Максвелла .

Квантовая теория

Первый шаг Дирака в новой квантовой теории было принято в конце сентября 1925 года Ральф Фаулер , его научный руководитель, получил стойкую копию исследовательской работе по Вернер Гейзенберг в рамках старой квантовой теории Бора и Зоммерфельда . Гейзенберг сильно опирался на принцип соответствия Бора, но изменил уравнения так, чтобы они включали непосредственно наблюдаемые величины, что привело к матричной формулировке квантовой механики. Фаулер отправил статью Гейзенберга Дираку, который был в отпуске в Бристоле, попросив его внимательно изучить эту статью. ^[62]

Внимание Дирака привлекла таинственная математическая связь, на первый взгляд непонятная, которую установил Гейзенберг. Несколько недель спустя, вернувшись в Кембридж, Дирак внезапно осознал, что эта математическая форма имеет ту же структуру, что и скобки Пуассона, которые встречаются в классической динамике движения частиц. ^[63] В то время его воспоминания о скобках Пуассона были довольно смутными, но он обнаружил, что « Аналитическая динамика частиц и твердых тел» Э. Уиттекера проясняет его . ^[64] Исходя из своего нового понимания, он разработал квантовую теорию, основанную на некоммутирующихдинамические переменные. Это привело его к наиболее глубокой и важной на сегодняшний день общей формулировке квантовой механики. ^[65] Формулировка Дирака позволила ему получить правила квантования в новой и более информативной манере . За эту работу ^[66], опубликованную в 1926 году, Дирак получил докторскую степень в Кембридже. Это легло в основу статистики Ферми-Дирака, которая применяется к системам, состоящим из множества идентичных частиц со спином 1/2 (т.е. которые подчиняются принципу исключения Паули ), например электронов в твердых телах и жидкостях, и, что важно, к области проводимости в полупроводниках. .

Как известно, Дирака не беспокоили вопросы интерпретации в квантовой теории . Фактически, в статье, опубликованной в книге в его честь, он написал: «Интерпретацией квантовой механики занимались многие авторы, и я не хочу обсуждать ее здесь. Я хочу коснуться более фундаментальных вещей. " ^[67]

Уравнение Дирака

В 1928 году, основываясь на спиновых матрицах 2 × 2, которые он якобы открыл независимо от работ Вольфганга Паули о нерелятивистских спиновых системах (Дирак сказал Абрахаму Паису : «Я полагаю, что получил эти [матрицы] независимо от Паули и, возможно, Паули получил их независимо от меня. "), ^[68] он предложил уравнение Дирака как релятивистское уравнение движения для волновой функции от электрона . ^[69] Эта работа привела Дирака к предсказанию существования позитрона , античастицы электрона., которое он истолковал в терминах того, что стало называться морем Дирака . ^[70] Позитрон наблюдал Карл Андерсон в 1932 году. Уравнение Дирака также способствовало объяснению происхождения квантового спина как релятивистского явления.

Необходимость фермионов (материи) создается и уничтожается в Энрико Ферми «с 1934 теории бета - распада привели к реинтерпретации уравнения Дирака как„классического“ уравнения поля для любой точечной частицы со спином ħ / 2, сам предмет к условиям квантовани с участием антикоммутаторов . Таким образом, переосмысленное в 1934 году Вернером Гейзенбергом как (квантовое) уравнение поля, точно описывающее все элементарные частицы материи - современные кварки и лептоны - это уравнение поля Дирака является столь же центральным для теоретической физики, как и уравнение Максвелла ,Уравнения поля Янга – Миллса и Эйнштейна . Дирак считается основателем квантовой электродинамики и первым использовал этот термин. Он также представил идею поляризации вакуума в начале 1930-х годов. Эта работа была ключом к развитию квантовой механики следующим поколением теоретиков, в частности Швингером , Фейнманом , Син-Итиро Томонага и Дайсоном в их формулировках квантовой электродинамики.

« Принципы квантовой механики» Дирака , опубликованные в 1930 году, стали важной вехой в истории науки . Он быстро стал одним из стандартных учебников по этому предмету и используется до сих пор. В этой книге Дирак включил предыдущие работы Вернера Гейзенберга по матричной механике и Эрвина Шредингера по волновой механике в единый математический формализм, который связывает измеримые величины с операторами, действующими в гильбертовом пространстве векторов, которые описывают состояние физической системы . В книге также представлена дельта-функция Дирака . После его статьи 1939 г. ^[71]он также включил обозначение бюстгальтера в третье издание своей книги ^[72], тем самым способствуя его повсеместному использованию в наши дни.

Магнитные монополи

В 1931 году Дирак предположил, что существования единственного магнитного монополя во Вселенной будет достаточно, чтобы объяснить квантование электрического заряда. ^[73] В 1975, ^[74] 1982 ^[75] и 2009, ^{[76] [77] [78]} интригующие результаты предполагали возможное обнаружение магнитных монополей, но на сегодняшний день нет прямых доказательств их существования (см. Также ищет магнитные монополи ).

Сила тяжести

Он квантовал гравитационное поле и разработал общую теорию квантового поля с динамическими ограничениями, которая составляет основу современных калибровочных теорий и теорий суперструн . ^[79] Влияние и важность работ Дирака увеличивались с течением времени, и физики ежедневно используют концепции и уравнения, которые он разработал.

Лукасский стул

Дирак был лукасовским профессором математики в Кембридже с 1932 по 1969 год. В 1937 году он предложил умозрительную космологическую модель, основанную на так называемой гипотезе больших чисел . Во время Второй мировой войны он провел важные теоретические и экспериментальные исследования по обогащению урана с помощью газовой центрифуги . ^[80]

Квантовая электродинамика Дирака (КЭД) делала предсказания, которые чаще всего были бесконечными и, следовательно, неприемлемыми. Был разработан обходной путь, известный как перенормировка , но Дирак никогда с этим не соглашался. «Я должен сказать, что очень недоволен ситуацией, - сказал он в 1975 году, - потому что эта так называемая« хорошая теория »действительно предполагает пренебрежение бесконечностями, которые появляются в ее уравнениях, пренебрегая ими произвольным образом. Это просто не разумная математика. Разумная математика предполагает пренебрежение величиной, когда она мала - не пренебрегать ею только потому, что она бесконечно велика, а вы этого не хотите! "^[81] Его отказ принять перенормировку привел к тому, что его работа над этой темой все больше выходила из мейнстрима.

Однако из его однажды отвергнутых заметок ему удалось поработать над тем, чтобы положить квантовую электродинамику на «логические основы», основанные на сформулированном им гамильтоновом формализме . Он нашел довольно новый способ получения аномального магнитного момента «термин Швингера», а также сдвиг Лэмба , заново в 1963 году, с использованием картины Гейзенберга и без использования метода объединения, используемого Вайскопфом и Френчем, а также двумя пионерами современной КЭД. , Швингер и Фейнман . Это было за два года до того, как КЭД Томонага – Швингера – Фейнмана была официально признана присуждением Нобелевской премии по физике.

Вайскопф и Френч (FW) были первыми, кто получил правильный результат для лэмбовского сдвига и аномального магнитного момента электрона. Сначала результаты FW не согласовывались с неверными, но независимыми результатами Фейнмана и Швингера. ^[82] Лекции 1963–1964 годов, которые Дирак читал по квантовой теории поля в Университете Иешивы, были опубликованы в 1966 году под названием Belfer Graduate School of Science, номер серии монографий, 3. После переезда во Флориду, чтобы быть рядом со своей старшей дочерью Мэри, Дирак последние четырнадцать лет (как в исследованиях жизни, так и в области физики) провел в Университете Майами в Корал-Гейблс, Флорида , и Государственном университете Флориды в Таллахасси, Флорида .

В 1950-х годах в поисках лучшей КЭД Поль Дирак разработал гамильтонову теорию ограничений ^[83] на основе лекций, которые он прочитал на Международном математическом конгрессе в 1949 году в Канаде. Дирак ^[84] также решил проблему помещения уравнения Швингера – Томонага в представление Шредингера ^[85] и дал явные выражения для скалярного мезонного поля ( пион с нулевым спином или псевдоскалярный мезон ), векторного мезонного поля (спин одного ро-мезона ), так и электромагнитного поля (спин одного безмассового бозона, фотона).

Гамильтониан систем со связями - один из многих шедевров Дирака. Это мощное обобщение гамильтоновой теории, которое остается в силе для искривленного пространства-времени. Уравнения для гамильтониана связаны только шесть степеней свободы описываются , для каждой точки поверхности , на которой рассматриваются состояние. ( Т = 0, 1, 2, 3) появляется в теории только через переменные , которые встречаются в виде произвольных коэффициентов в уравнениях движения. Есть четыре ограничения или слабые уравнения для каждой точки поверхности = константа. Три из них образуют четыре векторной плотности на поверхности. Четвертый - трехмерная скалярная плотность на поверхности H _L ≈ 0;${\displaystyle g_{rs}}$${\displaystyle p^{rs}}$${\displaystyle g_{m0}}$${\displaystyle g^{r0}}$${\displaystyle (-{g^{00}})^{-1/2}}$${\displaystyle x^{0}}$${\displaystyle H_{r}}$${\displaystyle H_{L}}$H _r ≈ 0 ( r = 1, 2, 3)

В конце 1950-х годов он применил гамильтоновы методы, которые он разработал, чтобы привести общую теорию относительности Эйнштейна в гамильтонову форму ^{[86] [87]} и довести до технического завершения проблему квантования гравитации и приблизить ее к остальной части физики в соответствии с Саламу и ДеВитту. В 1959 году он также выступил с приглашенным докладом на тему «Энергия гравитационного поля» на Нью-Йоркском собрании Американского физического общества. ^[88] В 1964 году он опубликовал свои лекции по квантовой механике.(Лондон: Academic), который имеет дело с ограниченной динамикой нелинейных динамических систем, включая квантование искривленного пространства-времени. Он также опубликовал статью под названием «Квантование гравитационного поля» на симпозиуме ICTP / МАГАТЭ в Триесте по современной физике 1967 года.

Профессор в Университете штата Флорида

С сентября 1970 года по январь 1971 года Дирак был приглашенным профессором в Университете штата Флорида в Таллахасси. В это время ему предложили там постоянную должность, и он согласился, став профессором в 1972 году. Современные отчеты о его пребывании там описывают это как счастливое, за исключением того, что он, очевидно, находил летнюю жару угнетающей и любил сбегать из нее в Кембридж. ^[89]

Он ходил пешком около мили до работы каждый день, любил плавать в одном из двух близлежащих озер (Серебряное озеро и Затерянное озеро), а также был более общительным, чем в Кембридже, где в основном работал дома, не считая проведение занятий и семинаров; в бывшем Советском Союзе он обычно обедал со своими коллегами, прежде чем ложиться спать. ^[90]

Дирак опубликовал более 60 статей за последние двенадцать лет своей жизни, в том числе небольшую книгу по общей теории относительности. ^[91] Его последняя статья (1984), озаглавленная «Недостатки квантовой теории поля», содержит его окончательное суждение о квантовой теории поля: «Эти правила перенормировки дают удивительно, чрезмерно хорошее согласие с экспериментами. Большинство физиков говорят, что эти рабочие правила следовательно, верны. Я считаю, что это не адекватная причина. Тот факт, что результаты совпадают с наблюдениями, еще не доказывает, что теория верна ". Статья заканчивается словами: «Я потратил много лет на поиски гамильтониана, который можно было бы ввести в теорию, и еще не нашел его. Я буду продолжать работать над ним, сколько смогу, и другие люди, я надеюсь,будет следовать в этом направлении ".^[92]

Студенты

Среди его многочисленных учеников ^{[4] [93]} были Хоми Дж. Бхабха , ^[2] Фред Хойл , Джон Полкингхорн ^[6] и Фриман Дайсон . ^[94] Полкингхорн вспоминает, что Дирака «однажды спросили, в чем состоит его основная вера. Он подошел к доске и написал, что законы природы должны быть выражены в красивых уравнениях». ^[95]

Наследие

В 1975 году Дирак прочитал серию из пяти лекций в Университете Нового Южного Уэльса, которые впоследствии были опубликованы в виде книги « Направления в физике» (1978). Он пожертвовал гонорары от этой книги университету для создания серии лекций Дирака . Серебряная медаль Дирака по улучшению теоретической физики награждена Университетом Нового Южного Уэльса в память лекции. ^[96]

Сразу после его смерти две организации профессиональных физиков учредили ежегодные премии в память Дирака . Институт физики , профессиональный орган Соединенного Королевства для физиков, присуждает Дирак медаль за «выдающийся вклад в теоретическое ( в том числе математического и вычислительной) физики». ^[97] Первыми тремя получателями были Стивен Хокинг (1987), Джон Стюарт Белл (1988) и Роджер Пенроуз (1989). Международный центр теоретической физики присуждает Медаль Дирака каждый год в день рождения Дирака (8 августа). ^[98]

Премия Дирака-Хеллмана в Университете штата Флорида была вручена доктором Брюсом П. Хеллманом в 1997 году в качестве награды за выдающиеся работы исследователей из бывшего Советского Союза в области теоретической физики. ^[99] Научная библиотека Пола А.М. Дирака в Университете штата Флорида, которую Манси открыл в декабре 1989 года, ^[100] названа в его честь, и его статьи хранятся там. ^[101] Снаружи находится его статуя работы Габриэллы Боллобас. ^[102] Улица, на которой расположена Национальная лаборатория сильного магнитного поля в инновационном парке Таллахасси, штат Флорида, носит название Paul Dirac Drive. В его родном городе Бристоле есть дорога, названная в его честь, Dirac Place, в Дидкот , Оксфордшир.^[103] ВВС назвал видеокодек , Дирак , в его честь. Вчесть Дирака был открыт астероид, открытый в 1983 году. ^[104] Распределенное исследование с использованием Advanced Computing ( DiRAC ) и программное обеспечение Дирака названо в его честь.

Публикации

• Принципы квантовой механики (1930): эта книга суммирует идеи квантовой механики с использованием современного формализма, который в значительной степени был разработан самим Дираком. Ближе к концу книги он также обсуждает релятивистскую теорию электрона ( уравнение Дирака ), которая также была впервые разработана им. Эта работа не относится к каким-либо другим работам по квантовой механике, доступным на тот момент.
• Лекции по квантовой механике (1966): большая часть этой книги посвящена квантовой механике в искривленном пространстве-времени .
• Лекции по квантовой теории поля (1966): в этой книге излагаются основы квантовой теории поля с использованием гамильтонова формализма.
• Спиноры в гильбертовом пространстве (1974): эта книга, основанная на лекциях, прочитанных в 1969 году в Университете Майами, Корал-Гейблс, Флорида, США, рассматривает основные аспекты спиноров, начиная с формализма реального гильбертова пространства . Дирак заключает пророческие слова: «У нас есть бозонные переменные, автоматически появляющиеся в теории, которая начинается только с фермионных переменных, при условии, что число фермионных переменных бесконечно. Должны быть такие бозонные переменные, связанные с электронами ...»
• Общая теория относительности (1975): эта работа на 69 страницах обобщает общую теорию относительности Эйнштейна.

Рекомендации

Цитаты

Общие источники

дальнейшее чтение

• Браун, Хелен (24 января 2009 г.). "Самый странный человек: Скрытая жизнь Поля Дирака Грэма Фармело - рецензия [версия для печати: Человек, стоящий за математикой]" . Дейли Телеграф (Обзор) . п. 20 . Проверено 11 апреля 2011 года ..
• Гилдер, Луиза (13 сентября 2009 г.). «Квантовый скачок - обзор« Самый странный человек: Скрытая жизнь Поля Дирака, Грэм Фармело » » . Нью-Йорк Таймс . Проверено 11 апреля 2011 года . Рассмотрение.
• Мукунда, Н. (1987) «Жизнь и деятельность П.А.М. Дирака», страницы 260–282 в журнале « Последние разработки в теоретической физике» , World Scientific MR 935624

внешняя ссылка

Викискладе есть медиафайлы по теме: Поль Дирак (категория)

В Wikiquote есть цитаты, связанные с: Полем Дираком

• Бесплатный онлайн-доступ к классическим работам Дирака 1920-х годов из Труды Королевского общества A
• Аннотированная библиография Поля Дирака из цифровой библиотеки по ядерным вопросам Алсоса
• Коллекция Поля Дирака в Университете штата Флорида
• Письма Дирака (1932–36) и другие статьи
• Стенограмма интервью Oral History с Дираком 1 апреля 1962 г., 6, 7, 10 и 14 мая 1963 г., Американский институт физики, Библиотека и архив Нильса Бора