PAUL DIRAC, ΕΝΑΣ ΤΙΤΑΝΑΣ ΤΗΣ ΚΒΑΝΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

Ένας Βρετανός θεωρητικός φυσικός που συνέβαλε τα μέγιστα στην ανάπτυξη της κβαντικής μηχανικής, της κβαντικής θεωρίας πεδίου και της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής και είναι ιδιαίτερα γνωστός για τις προσπάθειές του να συνδέσει τις θεωρίες της κβαντικής μηχανικής με την θεωρία της σχετικότητας.  Ο λόγος για τον νομπελίστα Paul Dirac.

ΤΑ ΠΡΩΤΑ ΧΡΟΝΙΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ ΤΟΥ PAUL DIRAC

Γεννήθηκε στο Μπρίστολ της Αγγλίας στις 8 Αυγούστου του 1902 ο πατέρας του ήταν δάσκαλος και η μητέρα του βιβλιοθηκάριος. Παρόλο το γεγονός που ο Dirac γεννήθηκε στη Βρετανία και η μητέρα του ήταν βρετανη,  ο πατέρας του φρόντισε να είναι Ελβετός και όχι Βρετανός πολίτης, κάτι που άλλαξε στην ηλικία των 17 ετών.  Τα παιδικά του χρόνια ήταν πολύ δύσκολα, όχι εξαιτίας οικονομικών προβλημάτων αλλά κυρίως για το κλίμα που επικρατούσε στο εσωτερικό της οικογένειας.  Οι γονείς του αντιπαθούσαν ο ένας τον άλλον και οι καβγάδες μέσα στο σπίτι ήταν πολύ συχνό φαινόμενο.  Επίσης ο πατέρας του ήταν πολύ αυστηρός και αυταρχικός.  Για να καταλάβετε πόσο,  σκεφτείτε πως μετά τον θάνατο του πατέρα του έγραψε πως: νιώθω πολύ πιο ελεύθερος τώρα και ανήκω πλέον σε εμένα!  Επιπλέον ο πατέρας του του επέτρεπε να μιλάει μόνο γαλλικά μέσα στο σπίτι, κάτι που έκανε τον ίδιο να νιώθει άβολα και τις περισσότερες φορές να μην μπορεί να εκφράσει αυτό που νιώθει κάτι που φυσικά δημιούργησε προβλήματα στον ψυχικό του κόσμο.

ΟΙ ΣΠΟΥΔΕΣ ΚΑΙ ΟΙ ΕΠΙΡΡΟΕΣ

Στην ηλικία των 12, ξεκινάει το γυμνάσιο στο τεχνικό κολέγιο όπου διδάσκει και ο πατέρας του.  Το 1918 σε ηλικία 16 ξεκινάει τις σπουδές του στο πανεπιστήμιο του Bristol,  στο τμήμα των ηλεκτρολόγων μηχανικών από όπου τρία χρόνια αργότερα αποφοιτεί με άριστα έχοντας ξεχωρίσει για το ταλέντο του στα μαθηματικά.  Μετά το πρώτο πτυχίο του συνεχίζει πάλι στο πανεπιστήμιο του Μπρίστολ τις σπουδές του στα μαθηματικά και σε ηλικία 21 ετών απόφοιτά και πάλι πρώτος.  Και φτάνουμε πλέον στο 1923 όπου θα καταφέρει να φύγει από το σπίτι του με προορισμό το πανεπιστήμιο του Cambridge.  Εκεί ο Dirac ξεκινάει την ενασχόληση του με την θεωρία της σχετικότητας και το πεδίο της κβαντικής φυσικής με την αρχική καθοδήγηση ενός καθηγητή του, του Ralph Fowler, ο οποίος του παρουσιάζει το ατομικό μοντέλο του Bohr.

ΑΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΤΟΥ BOHR

Σύμφωνα με αυτό σε κάθε άτομο υπάρχει θετικό φορτίο συγκεντρωμένο στον πυρήνα και γύρω από αυτόν βρίσκονται σε τροχιές τα ηλεκτρόνια.  Όμως για να ξεπεράσει τις αδυναμίες του ατομικού προτύπου του Ράδερφορντ, θέτει αξιωματικά δύο προτάσεις οι οποίες είναι γνωστές ως οι συνθήκες του Bohr

1^η  συνθήκη:  τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται μόνο σε ορισμένες κυκλικές τροχιές όπου η ενέργεια τους είναι κβαντισμένη, τις επιτρεπτές τροχιές.

2^η  συνθήκη: όταν το ηλεκτρόνιο βρίσκεται στις επιτρεπτές τροχιές δεν ακτινοβολεί,  η ενέργεια του παραμένει σταθερή.  Έπειτα βέβαια ο Dirac μαθαίνει για το έργο του Arnold Sommerfeld  με το οποίο συμφωνούσε καλύτερα σε σχέση με το πρότυπο του Bohr το οποίο απλά αντικατέστησε τις κυκλικές τροχιές με ελλειπτικές.

BOHR-HEISENBERG-SCHRODINGER ΚΑΙ Η ΕΞΙΣΩΣΗ DIRAC

Στα τέλη του 1925 ο καθηγητής του Ralph Fowler , ζήτησε την γνώμη του Dirac σχετικά με ένα αδημοσίευτο ακόμα paper του Heisenberg.  Η προσέγγιση του Heisenberg σχετικά με την κίνηση των ηλεκτρονίων ενθουσίασε τον Dirac και χάρη στις πολύ καλές γνώσεις του σε μαθηματικά και γεωμετρία καταφέρνει να ξεκλειδώσει το βαθύτερο νόημα στη μέχρι τότε δουλειά του Heisenberg και σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα εκδίδει ένα paper με τίτλο:  θεμελιώδης εξισώσεις της κβαντικής μηχανικής. Προς τα τέλη του 1927 ξεκινάει να δουλεύει πάνω στην αρχική δουλειά του Heisenberg και του Schrodinger  μελετώντας την συμπεριφορά των ηλεκτρονίων στην περίπτωση που αυτά κινούνται προσεγγίζοντας την ταχύτητα του φωτός.  Kαι κάπως έτσι ξεκινάει το πάντρεμα της κβαντικής μηχανικής με την θεωρία της σχετικότητας, που θα γεννήσει την διάσημη εξίσωση του Dirac.

Ο DIRAC ΚΑΙ ΤΟ ΒΡΑΒΕΙΟ NOBEL

Αρχικά ο ίδιος και άλλοι επιστήμονες ήταν μπερδεμένη με τα αποτελέσματα της νέας εξισώσεις καθώς προέβλεπε διπλάσιο αριθμό ηλεκτρονίων από των  αναμενόμενο αριθμό καταστάσεων. Μετά από αρκετή μελέτη βέβαια το 1931 ο Dirac προέβλεψε την ύπαρξη της αντιύλης.  Το 1933 ο Dirac μοιράζεται το βραβείο Νόμπελ με τον  Erwin Schrodinger. O Dirac μισούσε την δημοσιότητα  και το βραβείο το δέχτηκε απρόθυμα.  Μάλιστα τον έπεισε ο Έρνεστ Ράδερφορντ όταν του είπε πως η άρνηση του βραβείου θα φέρει περισσότερη δημοσιότητα από ότι απλά αν το αποδεχόταν.  Παρόλα αυτά ο ίδιος απέρριψε πολλές τιμές,  μία από τις οποίες ήταν και η τιμή που του έγινε να λάβει το χρίσμα του ιππότη το 1953.  Σε ηλικία 82 ετών φεύγει από την ζωή στις 20 Οκτωβρίου του 1984.  

Την παρουσίαση αυτήν θα την κλείσουμε με μία φράση του ίδιου που μας υποδεικνύει την σημαντικότητα των μαθηματικών αλλά και την αγάπη που είχε ο ίδιος ως προς αυτά.  Είπε λοιπόν:  

Aν είσαι δεκτικός και ταπεινός τα μαθηματικά θα σε οδηγήσουν από το χέρι!

PAUL DIRAC