Надо Знать

добавить знаний



Поль Дирак


Dirac 3.jpg

План:


Введение

Поль Дирак
Dirac 3.jpg
Родился 8 августа 1902 ( 19020808 )
Бристоль, Англия
Умер 20 октября 1984 (82 года)
Таллахасси, Флорида, США
Место жительства Flag of the United Kingdom.svg Великобритания
Flag of the United States.svg США
Гражданство Flag of the United Kingdom.svg Великобритания - Flag of Switzerland.svg Швейцария (до 1919)
Flag of the United Kingdom.svg Великобритания (после 1919)
Область научных интересов физика
Alma mater Бристольский университет, Кембриджский университет
Известен благодаря: Квантовая физика
Награды Nobel prize medal.svg Нобелевская премия по физике (1933)
Медаль Копли
Nobel prize medal.svg

Поль Адриен Морис Дирак ( англ. Paul Adrien Maurice Dirac * 8 августа 1902 - ? 20 октября 1984, Таллахасси) - британский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1933 года (совместно с Эрвином Шредингером).


1. Биографические сведения

Поль Адриен Морис Дирак родился в Бристоле, в семье уроженца Швейцарии Чарлза Адриен Ладислава Дирака, учителя французского языка в частной школе, и англичанки Флоренс Анны (Голтен) Дирак. Сначала Дирак учился в коммерческом училище в Бристоле, а затем изучал электротехнике в Бристольском университете, который окончил в 1921 со степенью бакалавра наук. Еще в университете он заинтересовался теорией относительности Альберта Эйнштейна и в течение двух лет более обычный курс изучал математику. Затем он поступил в аспирантуру по математике колледжа св. Иоанна в Кембридже и в 1926 г. защитил докторскую диссертацию. В следующем году Дирак стал членом научного совета того же колледжа.


2. Вклад в физику

В годы, когда Дирак проходил аспирантуру в Кембридже, Вернер Гейзенберг и Эрвин Шредингер разработали свои формулировки квантовой механики, применив квантовую теорию к описанию поведения атомных и субатомных систем и движения таких частиц, электрон.

Дирак начал изучать уравнения Гейзенберга и Шредингера, как только те были опубликованы в 1925, выразив при этом несколько полезных замечаний. Одним из недостатков квантовой механики было то, что она была разработана лишь применительно частиц, занимающих малую скоростью (по сравнению с скоростью света), а это позволяло пренебречь эффектами, которые рассматриваются теорией относительности Эйнштейна. Эффекты теории относительности, такие, как увеличение массы частицы с ростом скорости, становятся существенными, только когда скорости начинают приближаться к скорости света. Шредингер первым попытался снять ограничения на скорость в квантовой механике, но не преуспел в этом.

Одна из причин постигшей его неудачи заключалась в том, что он не учел такое свойство электрона, как спин (вращение вокруг собственной оси вроде волчка), которое в то время было лишь гипотезой при объяснении некоторых, не укладывающиеся в рамки традиционного описания деталей линейчатый спектров. Дирак поставил перед собой задачу ввести относительность в волновое уравнение, записав его в релятивистской форме. Выведено им и опубликованное в 1928 уравнение называется теперь уравнением Дирака. Оно позволило достичь согласия с экспериментальными данными. В частности, спин, бывший ранее гипотезой, подтверждался уравнением Дирака. Это было триумфом его теории. Кроме того, уравнение Дирака позволило предсказать магнитные свойства электрона ( магнитный момент).

Но этим сюрпризы, которые таила в себе теория Дирака, не исчерпывались. Теория указывала на возможность негативных энергий, поддающихся интерпретации с точки зрения науки того времени. Преодолев искушение отбросить отрицательной энергии как "математическую аберрацию", лишенную физического смысла, Дирак пришел к выводу, что состояния с отрицательной энергией реально существуют. Рассматривая действие электромагнитного поля на электрон в состоянии с отрицательной энергией, он нашел, что движение электрона в этом случае эквивалентно движения электрона с противоположным, т.е. положительным, электрическим зарядом. Дирак предположил, что положительно заряженной частицей может быть протон.

Применяя принцип исключения Вольфганга Паули, согласно которому в каждом динамическом состоянии может находиться только один электрон, Дирак высказал предположение о том, что почти все состояния с отрицательной энергией уже заняты, поэтому однородный фон ненаблюдаемой. Но вакантный (незанятое) энергетическое состояние, подобно дырке в однородном "безликом среде", может наблюдаться. Дырка ведет себя как положительно заряженный электрон. Кроме того поскольку она соответствует нехватки отрицательной энергии, ее энергия положительная, как и энергия всех известных частиц. Таким образом, Дирак предсказал существование античастицы, близнеца электрона.

Он показал также, что электрон может занять вакантную дыру, а это эквивалентно столкновению электрона с "антиэлектрон", в результате чего обе частицы аннигилируют с тем, что высвобождается энергии в виде кванта излучения - фотона. Дирак же принадлежит теоретическое предсказание возможности рождения электрон-антиелектроннои пары с фотона достаточно большой энергии. Предусмотрен Дираком антиэлектрон был открыт в 1932 г. Карлом Д. Андерсеном и был назван позитроном. Позже подтвердилось предположение Дирака о возможности рождения пары. Впоследствии Дирак выдвинул гипотезу о том, что и другие частицы, такие, как протон, также должны иметь свои аналоги из антиматерии, но для описания таких пар частиц и античастиц требовалось бы сложнее теория. Существование антипротона было подтверждено экспериментально в 1955 г. Оуэном Чемберленом. В настоящее время [ Когда? ] известны и многие другие античастиц.

Уравнения Дирака позволило внести ясность в проблему рассеяния рентгеновского излучения веществом. Было доказано, что рентгеновское излучение после рассеяния может отличную от первичного длину волны. Это противоречило старой теории, которая утверждала неизменность длины волны при рассеянии. В 1923 г. Артур Комптон открыл так называемый эффект Комптона, который количественно показал, что фотон рентгеновского излучения взаимодействует с отдельным электроном. Электрон приходит в движение, и придбдана им кинетическая энергия вычитается из энергии рентгеновского фотона. Рассеянный фотон имеет меньшую энергию, чем к рассеянию и, следовательно, соответствует рентгеновскому излучению с меньшей частотой и большей длиной волны. Взаимодействие фотона с электроном математически имеет много общего со столкновением бильярдных шаров. Открытие эффекта Комптона еще раз подтвердило двойственную природу излучения - корпускулярно-волновой дуализм. Рентгеновское излучение сначала ведет себя как волна, затем взаимодействует с электроном как частица (фотон) и после столкновения вновь распространяется, как волна. Теория Дирака дает подробное количественное описание такого взаимодействия.

Позже Дирак (и независимо от него Энрико Ферми) открыл статистическое распределение энергии в системе электронов, известное теперь под названием статистика Ферми-Дирака. Эта работа имела большое значение для теоретического осмысления электрических свойств металлов и полупроводников.

Дирак предсказал также существование магнитных монополей - изолированных положительных или отрицательных магнитных частиц, подобных положительно или отрицательно заряженным электрическим частицам. Попытки экспериментально найти магнитные монополя до сих пор не увенчались успехом. Все известные магниты имеют два полюса - северный и южный, которые неотделимы друг от друга. Дирак высказал предположение и о том, что природные физические константы, например гравитационная постоянная, могут оказаться не постоянными в точном смысле слова, а медленно изменяться со временем. Ослабление гравитации, если оно вообще существует, происходит настолько медленно что найти его очень трудно, и поэтому оно остается гипотетическим.


3. Нобелевская премия по физике

Дирак и Шредингер получили Нобелевскую премию по физике в 1933 г. "за открытие новых продуктивных форм атомной теории". "С общефилософской точки зрения, - сказал Дирак в своей короткой Нобелевской лекции, - число различных типов элементарных частиц (по крайней мере, так кажется на первый взгляд) должно быть минимальным, например один или самое большее два. Но из экспериментальных данных известно, что число различных типов гораздо больше. Более того количество типов элементарных частиц находит последние годы весьма тревожную тенденцию к увеличению ". В заключение лекции Дирак указал на вытекающую из симметрии между положительными и отрицательными электрическими зарядами возможность существования "зрение, состоящие главным образом из позитронов и антипротонов. Возможно, одна половина звезд принадлежит к одному типу а другая - к другому. Эти два типа звезд должны были бы занимать одинаковые спектры, и различить их методами современной астрономии было бы невозможно ".

После завершения работ по релятивистской квантовой механики Дирак много путешествовал, побывал в университетах Японии, Советского Союза и США. С 1932 г. и до выхода в отставку в 1968 г. он был профессором физики в Кембридже (ту же кафедру некогда занимал Исаак Ньютон). После того, как Дирак оставил Кембридж, он был приглашен в Флоридского университета, профессором которого оставался до конца жизни. Дирак скончался в Таллахасси в 1984.

В 1937 г. Дирак женился на Маргит Вигнер, сестре физика Еугена П. Вигнера. У них было две дочери. Дирак был тихим, замкнутым и немногословным человеком. Он предпочитал работать в одиночку, и непосредственных учеников у него было мало. Дирак любил дальние пешеходные прогулки.


4. Отличия и награды

Помимо Нобелевской премии, Дирак был награжден Королевской медалью ( 1939) и медалью Копли ( 1952) Лондонского королевского общества (членом которого он стал в 1930). Он был избран иностранным членом американской Национальной академии наук (1949) и членом Папской академии наук (1961). В 1973 Дирак был награжден орденом "За заслуги" Великобритании.


5. Смотри также


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам