[PL] #10 Przeładowanie IQ: Paul Dirac
Czy to możliwe, że jeden z najważniejszych naukowców w historii był introwerytkiem? Nie przeszkadza to przypadkiem w komunikacji z innymi naukowcami? Okazuje się, że odpowiedzią na oba pytania jest "tak", a Paul Dircac pomoże Ci zrozumieć, jak to jest możliwe.
Introwertyk, który przewidział istnienie antymaterii
źródło: Wikimedia
Młodość
Paul Dirac urodził się 8 sierpnia 1902 r. w Bristol (Anglia). Jego młodość została zdeterminowana przez ojca - Charlesa Adriena Ladislasa Diraca. Był on bardzo surowy i despotyczny. Paul był nieszczęśliwy nie tylko w domu, ale również w szkole, gdzie jego ojciec nauczał francuskiego. Charles Dirac zmuszał swoje dzieci do mówienia po francusku - komunikatów w innym języku nawet nie słuchał, wiec gdy młody geniusz nie wiedział jak wyrazić swoje myśli w tym języku, milczał. Jego relacje z ojcem świetnie opisują słowa, które wypowiedział po jego śmierci: "teraz czuję się znacznie swobodniej".
Dirac wyrósł na introwertyka, który wyrażał swoje myśli tak precyzyjnie, jak to tylko możliwe. Nie lubił też używać zbyt wielu słów. Możemy ze sporym prawdopodobieństwem stwierdzić, że to sytuacja w domu rodzinnym zrodziła w nim te cechy osobowości.
Paul Dirac po nakazie od ojca rozpoczął swoją przygodę z edukacją wyższą na Uniwersytecie w Brestol. Studuiował tam inżynierię elektryczną, jednak po ukończeniu studiów nie znalazł zatrudnienia, więc rozpoczął naukę na kolejnym kierunku - matematyce, którą zagłębiał przez kolejne dwa lata. Był to czas kiedy popularna stawała się teoria względności Einsteina. Dirac szybko się nią zafascynował i rozpoczął badania na własną rękę. Rezultatem samodzielnego uczenia było dołączenie do Uniwersytetu w Cambridge w 1923 roku.
Mechanika kwantowa i/lub relatywistyka
Przygoda Diraca w dziedzinie mechaniki kwantowej rozpoczęła się w 1925 r., wtedy jego doradca z Cambridge, Ralph Fowler, przekazał mu egzemplarz pracy naukowej Heisenberga, która w konsekwencji doprowadziła do sformułowania mechaniki macierzowej. Do tego czasu dziwaczna natura subatomowego świata była okiełznywana przez naukowców, z których o wielu już pisałem w serii Przeładowanie IQ. Brakowało jednak jeszcze jej matematycznego sformułowania. Takiego, które pozwoliłoby fizykom prewidywać wyniki eksperymentów na cząstkach elementarnych. Mechanika macierzowa stworzona przez Wernera Heisenberga, Maxa Borna, and Pascuala Jordana była wielkim krokiem naprzód. W tym samym roku 1926 Paul Dirac zgłębiając idee Heisenberga napisał pracę doktorską.
Rok 1926 był znaczącym rokiem dla mechaniki kwantowej. Nie tylko opublikowane zostały prace formulujące mechanikę macierzową, ale również równanie Erwina Schrödingera. W świecie fizyków zagościł jednak dość poważny problem - dzieło Schrödingera nie było kompatybilne z teorią względności - ewolucja cząstki w czasie była bowiem przedstawiona tylko dla jednego układu odniesienia. Równanie to dobrze spisywało się więc tylko dla cząstek o niskich, nierelatywistycznych prędkościach, co było dosyć dużem problemem, albowiem większość cząstek poruszała się z bardzo wysoką prędkością.
Mimo tego, że Paul Dirac zadeklarował, że według niego mechanika kwantowa dla nierelatywistycznych prędkości jest kompletna, był bardzo niezadowolony z faktu, że nie było jeszcze opracowanego matematycznego sformułowania, które opisywałoby cząstkę poruszającą się z wielką prędkością. Rozpoczął więc badania nad relatywistyczną mechaniką kwantową, co doprowadziło do określenia równania, za które został nagrodzony Nagrodą Nobla w 1933 roku - relatywistycznego równania falowego dla elektronu. Jednak jego pierwotna wersja nie była prosta i piękna, a Dirac wierzył, że te cechy powinny odpowiadać matematycznemu opisowi świata, nie mógł więc zostawić swojego dzieła w takiej formie. Aby to zmienić, użył kombinacji aż czterech funkcji falowych zamiast dwóch oraz użył spinorów. Rezultat spełniał jego oczekiwania - równanie dokonało kolapsu i stało się proste i piękne, ale... Dirac nie miał zielonego pojęcia co te dwa dodatkowe komponenty oznaczają. Dodatkowo nie miały one zbyt dużego sensu fizycznego, ponieważ reprezentowały negatywne wartości energii elektronu. Równanie jednak przewidywało doskonale zmianę elektronu w czasie nawet dla relatywistycznych prędkości, więc dodatkowe funkcje falowe musiały w nim być.
źródło: Thierry Meier na Unsplash
Morze Diraca
Wyobraź sobie morze, ale zamiast wody wypełnione nieskończoną ilością elektronów o negatywnej energii. To morze jest całym wszechświatem. Morskie elektrony posiadają każdą możliwą negatywną wartość energii - od 0 do minus nieskończoności. Jedyną sytuacją, w której bylibyśmy w stanie oddziaływać z takimi elektronami byłaby wtedy, gdy jeden z nich posiadałby dodatnią energię i utrzymywał się na powierzchni morza.
Co by się stało, gdybyśmy usunęli jedną cząstkę z takiego morza? Została by dziura, która jak się okazuje zachowywałaby się jak... cząstka o przeciwnym ładunku do elektronu. Paul Dirac zasugerował, że taką cząstką jest proton, jednak szybko inni fizycy uświadomili sobie, że ta dziura musi mieć taką samą masę jak elektron. Introwertyczny geniusz ogłosił więc, że jest to prawdopodobnie nowa cząstka elementarna. Początkowo ta propozycja była przyjęta sceptycznie, jednak zaledwie rok później Amerykański naukowiec Carl Anderson odkrył antyelektron (pozyton) w promieniowaniu kosmicznym.
Dźwięk ciszy
Jak już wcześniej wspołniałem, Paul Dirac nie był zanadto gadatliwy. Jego koledzy z Cambridge wymyślili nawet jednostkę "1 dirac", która była równa jednemu słowu na godzinę. Jego osobowość doprowadziła również do pewnych zabawnych sytuacji, na przykład podczas podróży z Wernerem Heisenbergiem w 1929 roku Dirac zapytał swojego towarzysza (wybaczcie za nieprzetłumaczenie dialogu, ale uważam, że w takiej wersji ma największy sens):
Why do you dance?Heisenberg odparł:
When there are nice girls, it is a pleasurepo około pięciu minutach introwertyk odparł:
But, Heisenberg, how do you know beforehand that the girls are nice?
Kolejna zabawna sytuacja miała miejsce podczas pierwszego spotkania Richarda Feynmana i Paula Diraca. Po długiej ciszy, Dirac zapytał: "Mam równanie, czy ty też je masz?".
Tego rodzaju sytuacje w połączeniu z jego osiągnięciami są trochę dziwne. Jak facet z taką osobowością mógł zostać laureatem Nagrody Nobla? Musiał przecież współpracować z innymi naukowcami, w jaki sposób z nimi rozmawiał? Okazuje się, że Dirac miał niewielu, ale za to bardzo bliskich przyjaciół. Ludzie go lubili, a jego małomówności okazywała się nie być aż tak zła.
Późniejsze lata
W 1932 Paul Dirac został profesorem matematyki na Cambridge. Rok później, jak już wspomniałem wcześniej, ojciec antymaterii otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki „za odkrycie nowych, produktywnych aspektów teorii atomów”.
Bycie introwertykiem nie powstrzymało go przed poślubieniem Margit “Manci” Wigner, siostry fizyka i matematyka Eugenea Wignera. Jest z tym związana kolejna anegdota: pewnego razu znajomy/student (są różne wersje tej historii) przyszedł do domu Diraca, nie wiedział on jednak o małżeństwie, więc był bardzo zaskoczony. Kiedy Dirac zobaczył jego zdziwienie, powiedział: "To jest... to jest siostra Wignera".
W swoim życiu wniósł wiele do współczesnej terminologii fizyki teoretycznej. Dirac również zaproponował model kosmologiczny oparty na hipotezie wielkich liczb. Nie był to model powszechnie akceptowany, ale zainspirował wielu powojennych fizyków.
Do śmierci w 1984 roku nie był zadowolony ze swoich odkryć i uważał, że musiały one zostać ulepszone, szczególnie w dziedzinie relatywistycznej mechaniki kwantowej.
Podsumowanie
Paul Dirac, Wolfgang Pauli i Rudolf Peierls, 1953
[źródło: Wikimedia]
.jpg){kind=link}
Paul Dirac był kolejnym znakomitym uczestnikiem piątego Kongresu Solvaya, który otrzymał Nagrodę Nobla. Wniósł wkład zarówno do mechaniki kwantowej niskich prędkości, jak i do relatywistycznej mechaniki kwantowej. Sytuacja w jego rodzinnym domu spowodowała jego introwersję, ale nawet z taką osobowością znalazł sobie przyjaciół i żonę. Uważał, że nasz świat można opisać prostymi i pięknymi równaniami matematycznymi, co doprowadziło do odkrycia antymaterii. Mimo że osiągnął tak wiele, zmarł niezadowolony ze swoich osiągnięć.
Zobacz również:
- więcej o Diracu:
- więcej o równaniu Diraca:
- więcej o morzu Diraca:
0. Przeładowanie IQ: historia jednego zdjęcia
1. Przeładowanie IQ: Maria Skłodowska-Curie
2. Przeładowanie IQ: Niels Bohr
3. Przeładowanie IQ: Albert Einstein
4. Przeładowanie IQ: Werner Heisenberg
5. Przeładowanie IQ: Erwin Schrödinger
6. Przeładowanie IQ: Max Planck
7. Przeładowanie IQ: Louis de Broglie
8. Przeładowanie IQ: Arthur Compton
9. Przeładowanie IQ: Max Born
10. Przeładowanie IQ: Paul Dirac
Części dodatkowe:
#2017 Przeładowanie IQ: Barry Barish, Rainer Weiss i Kip Thorne
Zawsze jak czytam i antymaterii to widzę to:
Tyle piszesz o jego introwersji, jakby to był nie wiadomo jaki problem. :-). No chyba, że chciałeś przekazać między wierszami, że to było coś więcej (fobia społeczna?).
Wyszedłem od tego, że mówił bardzo mało i rzadko. Nie jestem sobie w stanie wyobrazić naukowaca w czasach tak gwałtownego rozwoju teorii, nad którą jako jeden z wielu pracował, który nie do końca potrafił rozmawiać z ludźmi (w tym z innymi fizykami).
Ale na psychologii się kompletnie nie znam ( @saunter ) więc mogę się mylić czy takie trudności jakie Dirac miewał można określić jako introwersję.
Pytanie jak często musiał rozmawiać z nimi twarzą w twarz, a jak często za pomocą listów?
Ja też nie znam się na psychologii, ale o tyle o ile się orientuję i jakie jest moje rozumienie introwertyzmu (co się może oczywiście rozmijać z naukową definicją) to introwertyzm to cecha podobna do koloru oczu. Jedni mają oczy niebieskie, inni zielone, inni piwne. Jedni są bardziej skupieni na tym co sami odczuwają inni są bardziej skupieni na grupie i relacji z nią. Nawet w durnym dowcipie o informatyku...
... mimo, że jest najdelikatniej mówiąc przerysowany to i tak mówi o tym, że z introwertykiem można rozmawiać. Sam się uważam za introwertyka i nie mam problemów z rozmawianiem z ludźmi (ale uważam, że lepiej przekazuje to co mam na myśli w formie pisemnej). Oczywiście są pewnie jakieś skrajności, być może bardzo silna introwersja gdzieś się tam spotyka z chorobliwą nieśmiałością albo z fobią społeczną. Tego nie wiem. Niech się jakiś psycholog wypowie :-).