Paul Adrien Maurice Dirac

PAUL ADRIEN MAURICE DIRAC
(1902-1984)

1902'de İngiltere'nin Bristol kentinde doğdu Kuantum mekaniğinin formüle edilmesine en büyük katkılarda bulunanlardandır Çalışmaları, eşsiz bir matematiksel güzellik ve derinlikte olan bir dahiydi Matematiğe olan ilgisi ve yeteneği erken yaşlarda görüldü Bu dönemde öğrendiği yaklaşıklık yöntemlerinden ileriki çalışmalarında önemli ölçüde yararlandı Dirac, problem çözerken sezgisel yaklaşıma öncelik veren fizikçilerdendi Ona göre,fazlasıyla karmaşık olan gerçek doğaya ilişkin olgular kısa ve kesin matematik kurallarıyla tam açıklanmış olamazlardı,bir fizikçi, fikirlerini ancak gerçekliğin yaklaşık bilgileriyle geliştirebilirdi

Önce Bristol Üniversitesi'nde elektrik mühendisliği eğitimi aldı
1921'de üniversiteyi bitiren Dirac, kuramsal fizik çalışmalarına başlamadan önce iki yıl daha matematik okudu Daha sonra kuramsal fizik çalışmaları yapmak üzere Cambridge'de St John's College'e girdi Dirac'ın fiziğe yaptığı ilk temel katkısı 1926'da yazdığı bir makalede, kuantum mekaniğinin soyut bir matematiksel formülasyonunu vermesiyle olmuştur Almanya'da Max Born, Pascual Jordan ve Werner Heisenberg, Dirac'tan biraz daha önce matris mekaniğini geliştirmiş bulunuyorlardı Bundan bağımsız olarak İsviçre'de Erwin Schrödinger, kuantum kurallarının dalga mekaniğini keşfetmişti

Dirac'ın kuantum mekaniği, bu iki yaklaşımı da içeren,çok daha kapsayıcı ve mantıksal açıdan da daha basittiDirac'ın kuantum mekaniğine ikinci temel katkısı,1928'de kuantum mekaniğiyle özel göreliliği birleştirerek elektronun göreli denklemini yazmasıdır Dirac, ışık hızına yakın hızlarda hareket eden bir elektronun ancak birbirine bağlı dört diferansiyel denklemi sağlayan dört dalga fonksiyonuyla tanımlanabileceğini gösterdi Dirac denkleminin doğal öngörülerinden birisi,elektronların spin açısal momentuma sahip olduklarını göstermesidirElektronun spin özelliği taşıdığı daha önce deneylerle gösterilmişti; ancak spinin gözlenen nitelikleri kuantum mekaniğinde doğal bir açıklamaya kavuşturulamamıştı Dirac'ın tek bir matris denklemine eşdeğer göreli dalga denklemleri,kuantum kuramında bir çığır açmıştır

Elektronu göreli (rölativistik) olarak tanımlayan Dirac, denklemini keşfettiğinde 26 yaşındaydı Dirac denkleminin asıl hayranlık uyandıran yönü doğada antiparçacıkların varlığını öngörmesidirBu denklemin negatif enerji çözümleri olmasını açıklayabilmek için, negatif bir enerji çözümünün bir anti-elektronu temsil ettiğini düşündü ve böylece pozitronun varlığını öngördü

Elekronun göreli denklemini ortaya koyduktan iki yıl sonra 1930'da boşluk ve negatif enerji düzeyleri konusunda bir makale yazdı Tümü dolu eksi enerji düzeylerinden bir elektron çıkarılması halinde geriye kalan deşiğin ortamda kısa ömürlü artı elektrik yüklü bir parçacık gibi davranacağını bulduİlk bakışta bunun fiziksel gerçekliğe uymayacağı açıktır 1932'de Carl Anderson,çektiği sis odası resimlerinde Dirac'ın öngördüğü yükü elektron yüküyle ters kütlesi elektron kütlesiyle aynı olan pozitronu keşfetti Bunun için "denklemim,benden akıllı" demişti Çok daha sonraları 1955'te antiproton keşfedildi


1932'de Cambridge Üniversitesinde matematik profesörü olduMezun olduğu ve ders verdiği bu okuldaki kürsüsü, geçmişte Isaac Newton'un, bugün de Steven Hawking'in oturduğu Lucasian Matematik Profesörlüğü Kürsüsü idi 1933 yılında Nobel Ödülünü aldı O zamandan beri kuantum kuramının gelişimine çok büyük katkıları olmuşturAma çalışmalarındaki önemi giderek artan bir konu da 1931 de öne sürdüğü manyetik monopol kuramıydı Dirac denklemiyle spinörler matematiğini, matematikçilerden bağımsız olarak yarattı Monopolle ilgili makalesinde " doğanın matematiksel olarak güzel ve zarif bir kuramı kullanmaması tasavvur edilemez" diyordu 1984'de emekliliğini geçirdiği Florida' da öldü


Hiçbir yazılı nota başvurmadan ve tek fazla sözcük kullanmadan verdiği konferansları da makaleleri kadar zarifti

Paul Adrien Maurice Dirac

Paul Dirac Doğum 8 Ağustos 1902
Bristol, İngiltere Ölüm 20 Ekim 1984
Tallahassee, Florida, ABD Milliyeti İngiliz Dalı Fizikçi, Matematikçi Çalıştığı yerler Cambridge Üniversitesi
Florida Eyalet Üniversitesi Alma Mater Bristol Üniversitesi
Cambridge Üniversitesi Öğretmenleri Ralph Fowler Önemli öğrencileri Homi Bhabha
Harish Chandra Mehrotra
Dennis Sciama
Behram Kurşunoğlu
John Polkinghorne
Per-Olov Löwdin Önemli başarıları Kuvantum fiziği Aldığı ödüller 1933 Nobel Fizik Ödülü

Paul Adrien Maurice Dirac (8 Ağustos 1902 – 20 Ekim 1984), İngiliz fizikçi ve matematikçi Kuvantum fiziğinin kurucularındandır Diğer önemli keşiflerinin yanında fermionların davranışını açıklayarak antimaddenin keşfine olanak veren ve kendi adı verilen Dirac eşitliği'ni yaratmıştır Dirac 1933 Nobel Fizik Ödülü'nü Erwin Schrödinger ile paylaşmıştır

Hayatı

Gençlik yılları

Paul Dirac İngiltere'nin Bristol kentinde, Bishopston kasabasında doğdu ve büyüdü Babası Charles Dirac İsviçre'nin Valais kantonundan gelmiş bir göçmendi ve geçimini Fransızca öğretmenliği yaparak sağlıyordu Annesi Cornwall'luydu ve bir denizcinin kızıydı Paul'un Felix adında, Mart 1925'te intihar eden bir ağabeyi ve Beatrice adında bir kız kardeşi vardı Babasının sert ve otoriter tavırları yüzünden çocukluk yılları pek de neşeli geçmemişti

Eğitimine Bishop Road İlkokulunda başladı, daha sonra da babasının öğretmenlik yaptığı Merchant Venturers' Teknik Kolejine (daha sonra adı Cotham Gramer Okulu olarak değişti) devam etti Merchant Venturers' ağırlıklı olarak fen ve çağdaş diller eğitimi veren Bristol Universitesi'ne bağlı bir kuruluştu Bu o zamanın Birleşik Krallığında genellikle klasikleri öğreten ortaeğitim kurumlarıyla karşılaştırıldığında ilginçti ve Dirac daha sonra buna çok müteşekkir olduğunu açıklayacaktı

Dirac Bristol Üniversitesi'nde elektrik mühendisliği okudu ve 1921'de mezun oldu Daha sonra asıl ilgilendiği konunun matematik olduğunu anlayarak 1923'te Bristol'de matematik yüksek eğitimini tamamladı ve St John's College, Cambridge'de araştırma yapması için bir çağrı aldı Hayatının uzunca bir kısmı burada geçecekti Cambridge'deyken, Ralph Fowler'ın yardımlarıyla Bristol'de ilgilenmeye başladığı genel görelilik teoremi ve henüz yeni yeşermekte olan bir dal olan kuvantum fiziği ile ilgilendi

Orta yaşları

Dirac klasik mekanikte kullanılan Poisson parantezleri metoduyla, kuvantum mekaniği için Werner Heisenberg tarafından yeni önerilen matris mekaniği1926 tarihli yayınla Cambridge'den PhD ünvanını aldı arasında benzerlikler farketti Bu gözlem üzerine yaptığı 1928'de Wolfgang Pauli'nin göreli olmayan spin sistemleri üzerine çalışmasına dayanarak, elektron'un dalga fonksiyonu için göreli bir hareket denklemi olan Dirac denklemi'ni oluşturdu Bu çalışma Dirac'ın, elektron'un antiparçacığı olan pozitron'un varlığını tahmim etmesine yol açtı

Pozitron Carl Anderson1932'de gözlemlendi Dirac'ın denklemi aynı zamanda spinkuvantum elektrodinamiği terimini ilk kez kullanan ve bu dalı kuran kişi olarak tarihe geçti tarafından kavramının görelilik çerçevesine oturtulmasına da yardım etmiştir Bu çalışması sayesinde Dirac, Dirac'ın 1930'da basılan Kuvantum Mekaniğinin Kuralları isimli kitabı bilim tarihinde bir mihenk taşıdır Basıldıktan hemen sonra konuyu öğretmek için kullanılan standart kitap haline geldi ve bugün hala kullanımdadır

Bu kitapta Dirac Werner Heisenberg'in “Matrix Mekaniği”nde ve Erwin Schrödinger'in “Dalga Mekaniği”'nde yaptığı çalışmaları, ölçülebilir değerler ile fiziksel sistemin durumunu betimleyen vektörlerin Hilbert uzayına etki eden operatörleri ilişkilendirdirerek tek çatı altında topladı Kitapta daha sonra evrenselleşecek olan bra-ket notasyonu ismi verilen notasyonu ve Dirac delta fonksiyonunu da ilk kez kullandı

1931'de Dirac tek bir manyetik tekkutuplunun varlığının elektriksel yükün kuvantizasyonunu açıklayacağını kanıtladı Bu kanıt çok ilgi görse de bugüne kadar bir manyetik tekkutuplunun varlığına dair hiç bir bilgi edinilemedi
1937'de Eugene Wigner'ın kızkardeşi Margit ile evlendi Margit'in iki çocuğu Judith ve Gabriel'ı da evlat edindi Ayrıca Margit'ten Mary Elizabeth ve Florence Monica isimlerinde iki kızı oldu

İleri yaşları

Dirac 1932'den 1969'a kadar Cambridge'de Matematik Lucasian ProfesörlüğüII Dünya Savaşı sırasında gaz santrifujüuranyum zenginleştirme üzerine teorik ve deneysel çalışmalar yürüttü 1937'de Dirac büyük sayıları hipotezi üzerine kurulu kozmolojikkuvantum teorisindeKuvantum alan teorisinde ortaya çıkan sonsuzluklarla başa çıkmak için kullanılan renormalizasyon yaklaşımından hiç memnun değildi ve bu konudaki çalışmaları gitgide ana akımın dışında kalmaya başladı Büyük kızı Mary'ye yakın olmak için Florida'ya taşındıktan sonra Dirac hayatının son on yılını Tallahassee, Floridadaki Florida Eyalet Üniversitesi'nde geçirdi onursal ünvanını elinde tuttu kullanarak modelini geliştirdi Dirac, "İyi bir teori olarak kabul ettiğimiz sonsuzlukları ihmal ediyor olmamız beni çok rahatsız ediyor Bu mantıklı değil Mantıken matematikte bir değeri çok küçük olduğu için ihmal edersiniz, sonsuz büyüklükte olduğu ve onu istemediğimiz için değil" diye yazmıştı

Öğrencilerinden John Polkinghorne Dirac'a temel inancının ne olduğunun sorulduğunu hatırlıyor "Tahtaya yürüdü ve doğa kanunlarının güzel denklemlerle ifade edilmesi gerektiğini yazdı"

Ölümü ve sonrası

1984'te Dirac Tallahassee, Florida'da öldü 1997'de Florida Eyalet Üniversitesi'nde son doktora öğrencilerinden DrBruce Hellman teorik fizikteki önemli çalışmaları ödüllendirmek için Dirac'ın adına Dirac-Hellman ödülü'nü başlattı Aynı zamanda Uluslararası Teorik Fizik Merkezi de Dirac ödülü adında bir ödül vermeye başladı 1995'te Londra'daki Westminster Abbey'de onuruna hazırlanan, üzerinde Dirac denkleminin olduğu bir plaka Stephen Hawking'in konuşmasıyla açıldı Babasının memleketi olan İsviçre Saint-Maurice'te tren istasyonun karşısına, Dirac onuruna bir hatıra parkı yapıldı

Ödüller

Paul Dirac 1933'te Nobel Fizik Ödülü'nü "atom teorisinin yeni üretken biçimlerini keşfinden dolayı" Erwin Schrödinger ile paylaştı [1] Dirac 1939'da Kraliyet Madalyası ve 1952'de Copley Madalyası ve Max Planck Madalyası'nı da aldı

1930'da Royal Society, 1948'de American Phsical Society üyesi seçildi
Ölümünden hemen sonra iki önemli fizik kurumu adına ödül düzenledi Birleşik krallığın profesyon fizikçilerinden oluşan Fizik enstitüsü adına Paul Dirac Madalyası'nı düzenledi Bu madalyayı alan ilk üç kişi 1987'de Stephen Hawking, 1988'de John Bell ve 1989'da Roger Penrose oldu Abdus Salam Uluslararası Teorik Fizik Merkezi (ICTP) ICTP her sene Dirac'ın doğumgününde verilen Dirac Maladyasını düzenledi

Tallahassee, Florida'daki Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuarı'nın bulunduğu caddeye Paul Dirac Drive ismi verildi İngiliz yayın kuruluşu BBCvideo codec'ini Dirac olarak adlandırdı Popüler bir TV dizisi olan Doctor Who'daki Adric karakterinin adı da Dirac'a gönderme yaptı (Adric Dirac'ın anagramıdır)

Kişiliği

Dirac arkadaşları arasında sakin ve titiz kişiliği ile tanınırdı Niels Bohr yazdığı bir bilimsel makaledeki cümlenin sonunu bir türlü tamamlayamadığından şikayet ettiğinde Dirac, "Bana okulda asla sonunu bilmediğim bir cümleye başlamamayı öğrettiler" diye yanıtlamıştı SSCB'yi ziyaret ettiği sıra fizik felsefesi üzerine bir konferans düzenlemek üzere bir davet aldı Sadece kalkıp tahtaya "Fizik kanunları matematiksel güzellik ve basitliğe sahip olmalıdır" yazdı Şiir hakkındaki görüşleri sorulduğunda "Bilimde insan daha önce kimsenin bilmediği bir şeyi herkesin anlayabileceği şekilde anlatmaya çalışır Şiirde durum tam tersidir"

Eugene Wigner, Dirac'ın eniştesi bir keresinde Richard Feynman'ı "başka bir Dirac, ama bu sefer insan" diye tanımlamıştır

Dirac alçakgönüllülüğüyle de tanınırdı Kuvantummekaniksel operatörlerin zamanda gelişimi hakkındaki denklemi ilk yazan kendisi olduğu halde "Heisenberg hareket denklemi" ismini vermiştir Birçok fizikçi yarım spinli parçacıklar için Fermi-Dirac istatistikleri ismini kullanırken, tam sayı spinli parçacıklar için Bose-Einstein istatistikleri tanımını kullanır Dirac verdiği bir konferansta ilkine "Fermi istatistikleri" isminin verilmesinde ısrar etmiştir Diğerinin de "Einstein istatistikleri" olarak adlandırılmasını istemiştir ve sebebi sorulduğunda "simetri" yüzünden olduğunu belirtmiştir

Wolfgang Pauli, Dirac'ın dini görüşleri üzerine bir soru sorulduğunda "Eğer Dirac'ı doğru anladıysam, anlatmaya çalıştığı şey şuydu: Tanrı yoktur ve Dirac onun elçisidir"

Dirac bir keresinde örgüde kullanılan "ters dikiş"'i yeniden keşfetmişti Bir arkadaşıyla fizik hakkında konuşurken, arkadaşının karısını örgü örerken görmüştü Daha sonra ilmeğin topolojisini inceleyerek bunu yapmanın bir yolu daha olduğunu farketti Aynı zamanda gördüğü ve kendi yarattığı alternatiften başka olasılık olmadığını da kanıtladı

Önemli eserleri

• Principles of Quantum Mechanics (1930): Bu kitap kuvantum mekaniği kavramlarını büyük kısmını Dirac'ın kendi geliştirdiği modern metodla anlatıyor Kitabın sonlarına doğru öncülüğünü yaptığı elektronun göreli teorisinden de bahsediyor Bu eser o zamanlar kuvantum mekaniği üzerine yazılmış hiç bir yayını kaynak göstermemiştir
• Lectures on Quantum Mechanics (1966): Çoğunlukla eğri uzayzaman'da kuvantum mekaniği ile ilgili bir kitap
• General Theory of Relativity (1975): Bu 68 sayfalık eser Einstein'ın genel görelilik teorimini özetliyor