Вывел квантовую физику из одного уравнения: как Поль Дирак предсказал позитрон, античастицы и антивещество

Поль Дирак — известный британский физик XX века. Современники запомнили его как молчаливого ученого, который старательно избегал славы. Однако без внимания научного мира он остаться все же не мог: именно Дирак сформулировал теоретическую базу всей квантовой физики.

Талант и трудолюбие: первые шаги Поля Дирака в науке

Поль Дирак появился на свет в 1902 году в Бристоле. Его отец, Шарль Адриен Ладислас Дирак, преподавал французский язык в Коммерческом училище и Техническом колледже Бристоля. Мать Поля, Флоренс Ханна Холтен, работала в библиотеке. По требованию отца в семье говорили только на французском. Возможно, именно поэтому Поль Дирак предпочитал проводить время в одиночестве.

У мальчика был старший брат Реджинальд Чарльз Феликс и младшая сестра Беатрис Изабель Маргарет. Однажды в семье случилось несчастье: Феликс покончил с собой. Только тогда Поль перестал воспринимать заботу родителей как должное, и стал намного мягче относиться к домашним правилам.

На летних каникулах Поль проходил стажировку на машиностроительном заводе в Регби, правда, не смог показать себя с лучшей стороны. Из-за этого Дирак не получил работу. Внезапно возникла и другая сложность: власти отказали ему в стипендиальной поддержке, потому что он лишь недавно получил английское гражданство.

Знакомые преподаватели все же разрешили парню посещать институт. Поль Дирак неофициально слушал лекции по математике. Уже в 1923 году он сдал экзамены на отлично, после чего наконец мог рассчитывать на стипендию. Дирак поступил в Кембриджский университет, где изучал статистическую механику, электродинамику и термодинамику.

Главные открытия Поля Дирака

Ученый вывел уравнение (позже названное в его честь), впервые включив в формулу такие характеристики электрона, как спин и магнитный момент. Дирак ввел теорию относительности в волновую функцию. Тем самым он предсказал позитрон и античастицы, а также заложил основы квантовой физики и теории элементарных частиц.

В 1933 году Поль Дирак получил Нобелевскую премию по физике «за открытие новых форм квантовой теории». Поначалу ученый хотел отказаться от награды — привлекать к себе внимание он не любил. Однако физик Эрнест Резерфорд уговорил его: отказ мог только сильнее разжечь интерес к личности Дирака. И это сработало!

В том же году Поль Дирак прочел лекцию «Теория электронов и позитронов», в которой предсказал существование антивещества. Это открыло новый простор для науки: теперь стало понятно, что кинетическая энергия частиц может превратиться в энергию покоя других!

Хороший преподаватель, верный гражданин: научная деятельность в годы войны

В годы Второй мировой войны Поль Дирак с головой окунулся в преподавательскую деятельность — университету не хватало сотрудников. Он также взял руководство несколькими аспирантами, хотя это не приносило Дираку никакого удовольствия: ученый предпочитал работать в одиночестве. Несмотря на отстраненность Поля Дирака, студенты вспоминали его как самого «лучшего руководителя, которого можно было бы желать».

Ученый не избежал и «военной» науки. Он разрабатывал методы разделения изотопов для создания атомной бомбы, а также неофициально консультировал исследования критической массы урана. Поль Дирак работал вместе с Петром Капицей. Физик предложил теоретическое обоснование работы центрифуги — его терминология используется до сих пор.

Последние годы жизни Поля Дирака

После окончания Второй мировой войны ученый по приглашению коллег начал посещать иностранные университеты. Однако он все равно предпочитал работать дома и заходить в кабинет только в том случае, если хотел пообщаться с коллегами или студентами.

Поль Дирак продолжал проводить исследования в области электродинамики и квантовой механики, а также общей теории относительности. Перед самой смертью Дирак работал над проблемой квантования гравитационного поля.

Он занял должность профессора в Университете штата Флорида в Таллахасси, куда перебрался с семьей. В начале 1980-х здоровье физика начало ухудшаться. Вскоре он перенес серьезную операцию. В 1984 году, в возрасте 82 лет, Поль Дирак скончался.