Paul Dirac

Сорвите цветок на Земле — и вы сдвинете самую далёкую звезду.

Пол Адриен Морис Дирак — английский теоретический физик, считающийся одним из самых значительных физиков XX века.

Дирак внёс фундаментальный вклад в раннее развитие как квантовой механики, так и квантовой электродинамики. Среди прочих открытий он сформулировал уравнение Дирака, которое описывает поведение фермионов и предсказал существование антиматерии. Дирак разделил Нобелевскую премию по физике 1933 года с Erwin Schrödinger «за открытие новых продуктивных форм атомной теории». Он также внёс значительный вклад в согласование общей теории относительности с квантовой механикой.

Дирак считался своими друзьями и коллегами необычным по характеру человеком. В письме 1926 года к Paul Ehrenfest Albert Einstein писал о Дираке: «У меня возникают трудности с Дираком. Это балансирование на головокружительной грани между гением и безумием ужасно». В другом письме он написал: «Я совсем не понимаю Дирака в отношении эффекта Комптона».

Он был профессором математики имени Лукаса в Кембриджском университете, был членом Центра теоретических исследований Университета Майами и провёл последнее десятилетие своей жизни во Флоридском государственном университете.

Личная жизнь

Ранние годы

Пол Адриен Морис Дирак родился в доме своих родителей в Bristol, England, 8 августа 1902 года и вырос в районе Bishopston этого города. Его отец, Charles Adrien Ladislas Dirac, был иммигрантом из Saint-Maurice, Switzerland, работал в Bristol учителем французского языка. Его мать, Florence Hannah Dirac, урождённая Holten, дочь капитана корабля, родилась в Cornwall, England, и работала библиотекарем в Bristol Central Library. У Пола была младшая сестра Béatrice Isabelle Marguerite, известная как Бетти, и старший брат Reginald Charles Félix, известный как Феликс, который покончил с собой в марте 1925 года. Дирак позже вспоминал: «Мои родители были ужасно расстроены. Я не знал, что им так много до меня... Я никогда не знал, что родители должны заботиться о своих детях, но с тех пор я знал».

Charles и дети официально являлись швейцарскими гражданами до того, как получили гражданство 22 октября 1919 года. Отец Дирака был строгим и авторитарным, хотя он не одобрял телесные наказания. У Дирака были напряжённые отношения с отцом, настолько напряжённые, что после смерти отца Дирак написал: «Теперь я чувствую себя намного свободнее, и я сам себе хозяин». Charles заставлял своих детей говорить с ним только по-французски, чтобы они могли выучить язык. Когда Дирак понял, что не может выразить то, что он хотел сказать по-французски, он решил молчать.

Образование

Дирак учился сначала в Bishop Road Primary School, а затем в мужской Merchant Venturers' Technical College, позже Cotham School, где его отец преподавал французский язык. Школа была учреждением, связанным с Бристольским университетом, с которым она делила территорию и персонал. Школа уделяла особое внимание техническим предметам, таким как кирпичная кладка, изготовление обуви и металлообработка, а также современным языкам. Это было необычно в то время, когда среднее образование в Британии всё ещё было в основном посвящено классике, и за это Дирак позже выразил благодарность.

Дирак изучал электротехнику по стипендии City of Bristol University на факультете инженерии Бристольского университета, который был расположен совместно с Merchant Venturers' Technical College. Незадолго до завершения учёбы в 1921 году он сдал вступительные экзамены в St John's College, Cambridge. Он прошёл и получил стипендию в размере £70, но этого было недостаточно для проживания и обучения в Cambridge. Несмотря на то, что он окончил курс с отличием со степенью Bachelor of Science в области инженерии, экономическая ситуация послевоенной депрессии была такова, что он не смог найти работу инженером. Вместо этого он принял предложение учиться на степень Bachelor of Arts в области математики в Бристольском университете бесплатно. Ему позволили пропустить первый год курса из-за его инженерной степени.

В 1923 году Дирак снова окончил с отличием и получил стипендию в размере £140 от Department of Scientific and Industrial Research. Вместе с его стипендией в размере £70 от St John's College этого было достаточно для проживания в Cambridge. Там Дирак занялся своими интересами в теории общей относительности, интерес к которой он получил ещё во время учёбы в Bristol, и в зарождающейся области квантовой физики под руководством Ralph Fowler. С 1925 по 1928 год он получал стипендию 1851 Research Fellowship от Royal Commission for the Exhibition of 1851. Он завершил свою докторскую диссертацию в июне 1926 года, написав первую диссертацию по квантовой механике, которая была подана где-либо. Затем он продолжил свои исследования в Copenhagen и Göttingen. Весной 1929 года он был приглашённым профессором в University of Wisconsin–Madison.

Семья

В 1937 году Дирак женился на Margit Wigner, сестре Eugene Wigner. Он усыновил двух детей Маргит, Judith и Gabriel. У Пола и Маргит Дирак было двое детей вместе, обе дочери, Mary Elizabeth и Florence Monica.

Маргит, известная как Манси, навестила своего брата в 1934 году в Princeton, New Jersey, откуда она была родом из Hungary, и на ужине в Annex Restaurant встретила «одиноко выглядевшего мужчину за соседним столом». Этот рассказ принадлежит корейскому физику Y. S. Kim, который встречался с Дираком и находился под его влиянием, и говорит: «Это очень повезло физическому сообществу, что Манси хорошо заботилась о нашем уважаемом Paul A. M. Dirac. Дирак опубликовал одиннадцать статей в период 1939–46.... Дирак смог поддерживать свою обычную исследовательскую продуктивность только потому, что Манси отвечала за всё остальное».

Личность

Дирак был известен среди своих коллег своей точностью и молчаливостью. Его коллеги в Cambridge в шутку определили единицу, называемую «дирак», которая составляла одно слово в час. Когда Niels Bohr пожаловался, что не знает, как завершить предложение в научной статье, которую он писал, Дирак ответил: «Меня учили в школе никогда не начинать предложение, не зная его конца». Он критиковал интерес физика J. Robert Oppenheimer к поэзии: «Цель науки — сделать сложные вещи понятными более простым способом; цель поэзии — изложить простые вещи непонятным образом. Эти две вещи несовместимы».

Сам Дирак писал в своём дневнике в годы аспирантуры, что он концентрировался исключительно на своих исследованиях и прекращал их только по воскресеньям, когда совершал длительные прогулки в одиночестве.

Один анекдот, рассказанный в рецензии на биографию 2009 года, повествует о том, что Werner Heisenberg и Дирак плыли на океанском лайнере на конференцию в Japan в августе 1929 года. «Оба всё ещё в двадцать с небольшим лет и не женаты, они составляли странную пару. Heisenberg был женолюбом, который постоянно флиртовал и танцевал, а Дирак — «викторианский гик», как его называет биограф Graham Farmelo — страдал, если его вынуждали участвовать в каком-либо общении или светской беседе. «Почему ты танцуешь?» — спросил Дирак своего спутника. «Когда есть хорошенькие девушки, это приятно», — ответил Heisenberg. Дирак задумался над этой идеей, а затем вырвал: «Но, Heisenberg, как ты заранее знаешь, что девушки хорошенькие?»»

Margit Dirac рассказала как George Gamow, так и Anton Capri в 1960-х годах, что её муж сказал домашнему гостю: «Позвольте мне представить сестру Wigner, которая теперь моя жена».

Другая история о Дираке заключается в том, что когда он впервые встретил молодого Richard Feynman на конференции, он сказал после долгого молчания: «У меня есть уравнение. А у тебя есть одно?»

После того как он представил лекцию на конференции, один коллега поднял руку и сказал: «Я не понимаю уравнение в верхнем правом углу доски». После долгого молчания модератор попросил Дирака ответить на вопрос, на что Дирак ответил: «Это не был вопрос, это было замечание».

Дирак также был известен своей личной скромностью. Он назвал уравнение временной эволюции квантово-механического оператора, первым записанное им, «уравнением движения Heisenberg». Большинство физиков говорят о статистике Ферми–Дирака для частиц с полуцелым спином и статистике Бозе–Эйнштейна для частиц с целым спином. При чтении лекций в более позднюю жизнь Дирак всегда настаивал на том, чтобы называть первую «статистикой Ферми». Вторую он называл «статистикой Einstein» по причинам, объяснял он, «симметрии».

Религиозные взгляды

Heisenberg вспоминал разговор среди молодых участников Solvay Conference 1927 года о взглядах Einstein и Planck на религию между Wolfgang Pauli, Heisenberg и Дираком. Вклад Дирака была критика политического назначения религии, которую Bohr считал довольно ясной, когда услышал об этом от Heisenberg позже. Помимо прочего, Дирак сказал:

Я не могу понять, почему мы праздно обсуждаем религию. Если мы честны — а учёные должны быть честными — мы должны признать, что религия — это груда ложных утверждений, не имеющих никакой основы в реальности. Сама идея Бога — это продукт человеческого воображения. Вполне понятно, почему примитивные люди, которые были гораздо более подвержены подавляющим силам природы, чем мы сегодня, олицетворяли эти силы в страхе и трепете. Но в наши дни, когда мы понимаем столько естественных процессов, нам не нужны такие решения. Я совершенно не вижу, как постулат всемогущего Бога помогает нам каким-либо образом. То, что я вижу, — это то, что это предположение ведёт к таким непродуктивным вопросам, как почему Бог допускает столько страданий и несправедливости, эксплуатацию бедных богатыми и все остальные ужасы, которые Он мог бы предотвратить. Если религия всё ещё преподаётся, то не потому, что её идеи всё ещё убеждают нас, а просто потому, что некоторые из нас хотят держать низшие классы в спокойствии. Спокойным людьми легче управлять, чем шумными и недовольными. Ими также легче эксплуатировать. Религия — это своего рода опиум, который позволяет нации погрузить себя в иллюзорные мечты и забыть об несправедливостях, совершаемых в отношении народа. Отсюда близкий союз между двумя великими политическими силами — государством и церковью. Обеим нужна иллюзия, что добрый Бог награждает — на небесах, если не на земле — всех тех, кто не восстал против несправедливости, кто добросовестно выполнял свой долг без жалоб. Именно поэтому честное утверждение, что Бог — это всего лишь продукт человеческого воображения, клеймится как самый худший из всех смертных грехов.

Взгляд Heisenberg был толерантным. Pauli, воспитанный как католик, молчал после некоторых первоначальных замечаний, но когда его наконец попросили высказать своё мнение, он сказал: «Ну, наш друг Дирак исповедует религию, и её руководящий принцип — «Нет Бога, и Paul Dirac — его пророк»». Все, включая Дирака, разразились смехом.

В более позднюю жизнь взгляды Дирака на идею Бога стали менее едкими. Как автор статьи, опубликованной в майском номере Scientific American 1963 года, Дирак написал:

Похоже, что одной из фундаментальных особенностей природы является то, что фундаментальные физические законы описываются в терминах математической теории великой красоты и мощи, требующей довольно высокого уровня математики для её понимания. Вы можете задаться вопросом: почему природа устроена таким образом? Можно только ответить, что наше нынешнее знание показывает, что природа устроена именно так. Нам просто нужно это принять. Можно было бы, пожалуй, описать ситуацию, сказав, что Бог — математик очень высокого порядка и Он использовал очень продвинутую математику при конструировании вселенной. Наши слабые попытки математики позволяют нам понять немного вселенную, и по мере того, как мы развиваем всё более высокую математику, мы можем надеяться лучше понять вселенную.

В 1971 году на конференции Дирак выразил свои взгляды на существование Бога. Дирак объяснил, что существование Бога можно было бы оправдать только в том случае, если бы в прошлом произошло маловероятное событие:

Может быть, что начать жизнь является чрезвычайно сложным. Может быть, что начать жизнь настолько сложно, что это произошло только один раз среди всех планет... Рассмотрим, просто как предположение, что вероятность начала жизни, когда у нас есть подходящие физические условия, составляет 10−100. У меня нет логических причин для предложения этой цифры, я просто хочу, чтобы вы рассмотрели её как возможность. При таких условиях... почти наверняка жизнь не началась бы. И мне кажется, что при таких условиях необходимо будет предположить существование бога, чтобы начать жизнь. Я хотел бы, таким образом, установить эту связь между существованием бога и физическими законами: если физические законы таковы, что начало жизни предполагает чрезвычайно малую вероятность, так что будет неразумно предполагать, что жизнь началась просто по слепой случайности, то должен быть бог, и такой бог, вероятно, проявлял бы своё влияние в квантовых скачках, которые происходят позже. С другой стороны, если жизнь может начаться очень легко и не требует никакого божественного влияния, то я скажу, что нет бога.

Дирак не взял на себя обязательство придерживаться какой-либо определённой точки зрения, но он описал возможности ответить на вопрос о Боге научным способом.

Награды