Paul Dirac

Paul Adrien Maurice Dirac (8 Ağustos 1902 – 20 Ekim 1984), İngiliz fizikçi ve matematikçi. Kuantum mekaniğinin kurucularındandır. Fermiyonların davranışını açıklayarak antimaddenin keşfine olanak veren ve kendi adı verilen Dirac denklemi ile tanınır. Dirac, 1933 Nobel Fizik Ödülü'nü Erwin Schrödinger ile paylaşmıştır.

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'ün 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 Üniversitesi'ne bağlı bir kuruluştu. Bu, o zamanın Birleşik Krallık'ında genellikle klasikleri öğreten ortaöğretim 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 yapmak üzere burs aldı. Hayatının uzunca bir kısmı burada geçecekti. Cambridge'deyken, Ralph Fowler'ın yardımlarıyla Bristol'de ilgilenmeye başladığı genel görelilik teorisi ve henüz yeni yeşermekte olan bir dal olan kuantum fiziği ile ilgilendi.

Dirac klasik mekanikte kullanılan Poisson parantezleri metoduyla, kuantum mekaniği için Werner Heisenberg tarafından yeni önerilen matris mekaniği arasında benzerlikler fark etti. Bu gözlem üzerine yaptığı 1926 tarihli yayınla Cambridge'den Ph.D. unvanını aldı.

1928'de Wolfgang Pauli'nin göreli olmayan spin sistemleri üzerine çalışmasına dayanarak, elektronun dalga fonksiyonu için göreli bir hareket denklemi olan Dirac denklemi'ni oluşturdu. Bu çalışma Dirac'ın, elektronun antiparçacığı olan pozitronun varlığını öngörmesine yol açtı. Pozitron Carl Anderson tarafından 1932'de gözlemlendi. Dirac'ın denklemi aynı zamanda spin kavramının görelilik çerçevesine oturtulmasına da yardım etmiştir. Bu çalışması sayesinde Dirac, kuantum elektrodinamiği terimini ilk kez kullanan ve bu dalı kuran kişi olarak tarihe geçti.

Dirac'ın 1930'da basılan Kuantum Mekaniğinin İlkeleri (The Principles of Quantum Mechanics, Oxford Science Publications, Oxford University Press) 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 kuantizasyonunu açıklayacağını kanıtladı. Bu kanıt çok ilgi görse de bugüne kadar bir manyetik tekkutuplunun varlığına dair hiçbir 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.

Dirac 1932'den 1969'a kadar Cambridge'de Matematik Lucasian Profesörlüğü onursal unvanını elinde tuttu. II. Dünya Savaşı sırasında gaz santrifujü kullanarak uranyum zenginleştirme üzerine teorik ve deneysel çalışmalar yürüttü. 1937'de Dirac büyük sayıları hipotezi üzerine kurulu kozmolojik modelini geliştirdi. Dirac, "İyi bir teori olarak kabul ettiğimiz kuantum teorisinde 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. Kuantum 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.

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

1984'te Dirac Tallahassee, Florida'da öldü. 1997'de Florida Eyalet Üniversitesi'nde son doktora öğrencilerinden Dr.Bruce 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.

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

Ölümünden hemen sonra iki önemli fizik kurumu adına ödül düzenledi. Birleşik krallığın profesyonel 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 Madalyasını düzenledi.

Tallahassee, Florida'daki Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı'nın bulunduğu caddeye Paul Dirac Drive ismi verildi. İngiliz yayın kuruluşu BBC video 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).

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. Paul Dirac'ın içe dönük yapısı, otizmli olabileceğini düşündürür. Biyografisini yazan Graham Farmelo kitabında bu konuyu ayrıntılı olarak aktarır.

Dirac alçakgönüllülüğüyle de tanınırdı. Kuantum mekaniksel 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 fark etti. Aynı zamanda gördüğü ve kendi yarattığı alternatiften başka olasılık olmadığını da kanıtladı.

The Principles of Quantum Mechanics (1930): Bu kitap kuantum mekaniği kavramlarını büyük kısmını Dirac'ın kendi geliştirdiği modern metotla anlatıyor. Kitabın sonlarına doğru öncülüğünü yaptığı elektronun göreli teorisinden de bahsediyor. Bu eser o zamanlar kuantum mekaniği üzerine yazılmış hiçbir yayını kaynak göstermemiştir.

Lectures on Quantum Mechanics (1966): Çoğunlukla eğri uzay-zamanda kuantum mekaniği ile ilgili bir kitap. Dirac'ın 1964'te New York'ta Yeshiva University'de verdiği derslerin notlarından derlenmiştir.

General Theory of Relativity (1975): Bu 68 sayfalık eser Einstein'ın genel görelilik teoremini özetliyor. Dirac'ın Florida State University'de verdiği ders notlarından derlenmiştir.