Paul Dirac

Paul Adrien Maurice Dirac (8. elokuuta 1902 Bristol, Yhdistynyt kuningaskunta – 20. lokakuuta 1984 Tallahassee, Florida, Yhdysvallat) oli brittiläinen teoreettinen fyysikko ja kvanttifysiikan kehittäjä. Dirac pystyi ensimmäisenä ennustamaan matemaattisesti antimaterian olemassaolon.
Elämä.
Paul Dirac syntyi Bristolissa. Hänen isänsä, Charles Dirac, oli sveitsiläinen maahanmuuttaja ja opetti työkseen ranskaa. Diracin äiti, Florence Hannah Holten, oli kotoisin Cornwallin kreivikunnasta. Diracilla oli isoveli Felix ja pikkusisko Beatrice. Felix teki maaliskuussa 1925 itsemurhan.
Dirac opiskeli Bristolin yliopistossa sähkötekniikkaa ja valmistui insinööriksi vuonna 1921. Valmistuttuaan hän kuitenkin huomasi, että pitäisi enemmän matemaattisemmasta tieteestä ja vuonna 1923 hän sai opintonsa päätökseen. Cambridgen yliopistossa hän kiinnostui yleisestä suhteellisuusteoriasta ja silloin syntyvaiheissaan olleesta kvanttifysiikasta.
Työ.
Vuonna 1926 Dirac kehitti kvanttimekaniikasta uuden version, joka yhdisti Werner Heisenbergin ja Erwin Schrödingerin aikaisemmat tulokset yhdeksi matemaattiseksi formalismiksi. Siinä järjestelmän tilaa kuvataan operaattoreilla, jotka toimivat Hilbertin avaruudessa.
Vuonna 1928 Dirac johti Wolfgang Paulin työn pohjalta elektronia kuvaavan Diracin yhtälön. Tämä sai hänet ennustamaan elektronin antihiukkasen positronin olemassaolon, jonka hän selitti tyhjiön täyttävän negatiivisen energian merellä (ns. Diracin meri). Positronin löysikin Carl Anderson neljä vuotta myöhemmin. Diracin kirjasta "Principles of Quantum Mechanics", joka julkaistiin vuonna 1930, tuli eräs kvanttimekaniikan perusteoksista. Se esitteli uudenlaisen merkintätavan, niin kutsutun bra-ket-merkintätavan. Siinä ket formula_1 ja bra formula_2 kuvaavat Hilbertin avaruuden toisiaan vastaavia vektoreita, joiden sisätuloa merkitään formula_3.
Vuonna 1931 Dirac osoitti, että magneettisen monopolin olemassaolo riittäisi selittämään sähkövarauksen kvantittumisen. Ehdotus sai paljon huomiota, mutta magneettisen monopolin olemassaololle ei ole todisteita. Diracin nimeä kantaa myös Diracin deltafunktio. Paul Dirac jakoi vuoden 1933 Nobelin palkinnon yhdessä Erwin Schrödingerin kanssa. Viimeiset vuotensa hän vietti Floridassa, jossa hän kuoli vuonna 1984.
Näkemyksiä ja lausahduksia.
Kollegoidensa keskuudessa Dirac tuli tunnetuksi äärimmäisen vähäpuheisena ja luonteeltaan pikkutarkkana. Hän oli myös vannoutunut ateisti. Kun Wolfgang Paulilta kysyttiin Diracin katsantokantaa, hän vastasi: ”Jos ymmärrän Diracin oikein, hänen näkemyksensä on seuraava: ei ole olemassa Jumalaa, ja Dirac on hänen profeettansa.” Kun Dirac vieraili Neuvostoliitossa, häntä pyydettiin luennoimaan fysiikan filosofiasta. Hän nousi ylös ja kirjoitti taululle: ”Fysikaalisten lakien tulee olla matemaattisesti kauniita ja yksinkertaisia.” Politiikassa hän kannatti vasemmistolaisuutta. Kun Diracilta kysyttiin hänen näkemystään runoudesta, hän vastasi: ”Tiede yrittää kertoa kaikille ymmärrettävällä tavalla jotakin, jota kukaan ei aikaisemmin tiennyt. Mutta runous on sen täydellinen vastakohta.”
Dirac oli kuuluisa myös vaatimattomuudestaan. Kvanttimekaanisten operaattoreiden aikakehitystä koskevaa yhtälöään hän kutsui Heisenbergin liikeyhtälöksi, vaikka muotoili sen ensimmäisenä. Useimmat fyysikot puhuvat Fermin–Diracin statistiikasta käsitellessään hiukkasia, joiden spin on puoliluku, ja Bosen–Einsteinin statistiikasta kokonaislukuspinien kohdalla. Dirac itse käytti luennoidessaan edellisestä aina nimitystä ”Fermin statistiikka”, jälkimmäisestä ”Einsteinin statistiikka” (symmetrian vuoksi, kuten hän selitti).