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ディラック・ポール・エイドリアン・モーリス。 科学者の伝記
英国の物理学者ポール・エイドリアン・モーリス・ディラックは、8 年 1902 月 XNUMX 日にブリストルで、スウェーデン出身のチャールズ・エイドリアン・ラディスラフ・ディラック、私立学校のフランス人教師、および英国人女性のフローレンス・ハンナ (ホルテン) ディラックの家族として生まれました。 最初、ポールはブリストルの商業学校で学びました。 その後、1918 年から 1921 年までブリストル大学で電気工学を学び、理学士号を取得して卒業しました。 その後、ポールは同じ大学で応用数学の XNUMX 年間のコースも受講しました。 「この数学教育の間、フレーザーは私に最も影響を与えました...彼は優れた教師であり、数学の基本的な考え方に対する真の賞賛の気持ちで生徒を鼓舞することができました...-ディラックは思い出しました.-私はからXNUMXつのことを学びました. Fraser. まず、厳密な数学. 以前は厳密でない数学のみを使用していましたが、これはエンジニアを満足させていました... 彼らは、極限の正確な定義、級数を追加する期間、およびその他のことを気にしませんでした. Fraser は、これらのオブジェクトを処理するには、厳密な論理的アイデアが必要になる場合がありました。 「私がフレーザーから学んだ XNUMX 番目のことは、射影幾何学でした。その固有の数学的美しさのために、私に大きな影響を与えました...射影幾何学は常に平面空間で機能します...それは、XNUMX 対 XNUMX などの方法を提供します。魔法のように結果を得る対応法; 射影幾何学の引数を使用すれば、あなたが長い間苦しめてきたユークリッド幾何学の定理は、最も単純な方法で演繹されます. ディラックは、1923 年後半にケンブリッジ大学の大学院生になり、ラルフ ハワード ファウラーの下で理論物理学を専攻した後も、射影幾何学に関心を持ち続けました。 特に、土曜の夜にベイカー教授の家で開催されるお茶会に定期的に出席していました。 これらのお茶会のたびに、誰かが幾何学的な問題について報告しました。 ディラック自身も「射影幾何学を研究して...そしてそのようなお茶会で報告書のXNUMXつを作成しました.それは私の人生で最初の講義であり、もちろん私はそれをよく覚えています.それは解決するための新しい方法についてでした.射影の問題。」 その後、ディラックはセントで数学の大学院に入学しました。 ケンブリッジのジョンと1926年に彼は博士号を擁護しました。 翌年、ディラックは同じ大学の科学評議会のメンバーになりました。 大学在学中、ディラックはアルベルト アインシュタインの相対性理論に興味を持つようになりました。 ケンブリッジ大学のディラックの大学院時代に、ハイゼンベルクとシュレディンガーは、量子論を適用して原子系と亜原子系の挙動、および電子などの粒子の運動を記述することにより、量子力学の定式化を開発しました。 ディラックは、1925 年にハイゼンベルグ方程式とシュレディンガー方程式が発表されるとすぐに研究を開始し、その過程でいくつかの有益な発言をしました。 量子力学の欠点の XNUMX つは、(光の速度と比較して) 低速の粒子に対してのみ開発されたことであり、これにより、アインシュタインの相対性理論で考慮された効果を無視することが可能になりました。 速度の増加に伴う粒子の質量の増加などの相対性理論の効果は、速度が光速に近づき始めたときにのみ重要になります。 1927年XNUMX月のソルベイ会議で、ボーアはディラックに接近した。 ディラック自身がこれを思い出す方法は次のとおりです。「ボーアが私のところに来て、「あなたは今何に取り組んでいますか？」と尋ねました。私は答えました。「私は電子の相対論的理論を得ようとしています。」ボーアは次に言った。クライン・ゴードン方程式に基づくクライン問題の解は、量子力学の私の一般的な物理的解釈と一致しないため、不十分であると彼に説明し始めました。しかし、 、ボーアには何も説明できませんでした。講義の開始によって会話が中断され、質問が宙に浮いたからです。」 ディラックは満足していませんでした。 彼は、異なる電荷を持つ粒子のシステムではなく、単一の電子の方程式を得ようとしました。 彼は道を譲ったが、その決定は彼を驚かせた. 非相対論的な場合のスピンをうまく説明する二次元パウリ粒子は、明らかに欠けていた。 理論上、電子には余分な自由度がありました。つまり、負のエネルギーを持つ状態への遷移の自由度が判明しました。 それはとてもワイルドに見えたので、行われたことをすべて放棄するのがちょうどよかった. 逃げ道を求めて、ディラックは奇妙な考えを思いつきました。 彼は、パウリの原理に従って、宇宙のすべての電子が負のエネルギーを持つ準位を占有し、観測できない背景を形成していることを示唆しました。 正のエネルギーを持つ電子だけが観測できます。 「電子は、各点で高密度で世界中に分布しています。完全な空とは、負のエネルギーを持つすべての状態が占有されている領域です」とディラックは書いています。 「負のエネルギーを持つ空状態は、正のエネルギーを持つものとして現れます。なぜなら、それらが消えるためには、負のエネルギーを持つ電子をXNUMXつ導入する必要があるからです。負のエネルギーを持つこれらの空状態は陽子であると仮定します。」 ディラックの理論は懐疑的に受け止められました。 電子の仮説的背景は不信感を引き起こし、さらに、ディラックの理論は「電子と陽子に関して非常に対称的であった」と述べています。 しかし、陽子は電荷の符号だけでなく質量も電子とは異なります。 電子に対して真に対称な粒子である陽電子の発見は、陽電子と他の反粒子の存在を本質的に予測したディラックの理論の新たな評価を余儀なくさせた. 1933 年のレニングラード会議で、ディラックは陽電子理論の本質を次のように述べました。準位は、その均一性のために、私たちの感覚や測定機器では認識できず、電子によって占有されていない準位だけが、例外的なものであり、ある種の均一性の違反であり、私たちが気付くのとまったく同じ方法で気付くことができます。正のエネルギーを持つ電子の占有状態エネルギー、つまり、負のエネルギーを持つ電子の分布の「穴」は、正のエネルギーを持つ粒子として認識されます。正の運動エネルギー、マイナスごとにプラスになるので...そのような「穴」を特定するのは理にかなっているようです陽電子、すなわち、陽電子が負のエネルギーを持つ電子の分布における「穴」であると主張する。 「ディラックの理論によれば、」F. Joliot は次のように書いています。 逆のプロセスもあります-光子の「物質化」。「十分に高いエネルギーを持つ光子が重い原子核と衝突したときに正の電子を生成できます...原子核と相互作用する光子は、反対の電荷を持つXNUMXつの電子を生成できます。」 英国の科学者によって導き出され、1928 年に発表されたこの方程式は、現在ディラック方程式と呼ばれています。 これにより、実験データとの一致に達することができました。 特に、これまで仮説であったスピンは、ディラック方程式によって確認されました。 これは彼の理論の勝利でした。 また、ディラック方程式により、電子の磁気的性質（磁気モーメント）を予測することが可能になりました。 ディラックは、十分に高いエネルギーの光子からの電子-反電子対の誕生の可能性の理論的予測にも属しています。 ディラックが予言した反電子は、1932 年にカール D. アンダーセンによって発見され、陽電子と名付けられました。 その後、カップルの誕生の可能性についてのディラックの仮定も確認されました。 その後、ディラックは、陽子などの他の粒子も対応する反物質を持っているに違いないと仮説を立てましたが、そのような粒子と反粒子のペアを記述するには、より洗練された理論が必要になるでしょう。 反陽子の存在は、1955 年にオーウェン・チェンバレンによって実験的に確認されました。 現在、他の多くの反粒子が知られています。 ディラック方程式は、物質によるX線散乱の問題を解明することを可能にしました。 X 線放射は、最初は波のように振る舞い、次に粒子 (光子) として電子と相互作用し、衝突後、再び波のようになります。 ディラックの理論は、この相互作用の詳細な定量的説明を提供しました。 ディラックは後に、現在フェルミ・ディラック統計として知られている、電子系のエネルギーの統計的分布を発見しました。 この研究は、金属や半導体の電気特性を理論的に理解する上で非常に重要でした。 ディラックはまた、正または負に帯電した電気粒子に似た、孤立した正または負の磁性粒子である磁気単極子の存在を予測しました。 磁気単極子を実験的に検出する試みは、これまでのところ成功していません。 知られているすべての磁石には、北と南のXNUMXつの極があり、互いに切り離すことはできません。 ディラックは、重力定数などの自然物理定数は、言葉の正確な意味では一定ではなく、時間とともにゆっくりと変化する可能性があることを示唆しました。 重力の弱体化は、存在するとしても非常に遅いため、検出が非常に難しく、仮説のままです。 ディラックとシュレディンガーは、「原子理論の新しい生産的な形式の発見」により、1933 年のノーベル物理学賞を受賞しました。 ディラック氏は講義の中で、正電荷と負電荷の対称性から「陽電子と反陽子を主成分とする星」が存在する可能性を指摘し、星の半分はある種類に属し、残りは別の種類に属している可能性を指摘しました。これらの XNUMX 種類の星は同じスペクトルを持っているはずであり、現代の天文学の方法でそれらを区別することは不可能です。」 1937 年、ディラックは物理学者のオイゲン P. ウィグナーの妹であるマルギット ウィグナーと結婚しました。 彼らにはXNUMX人の娘がいました。 ディラックは無口であまり社交的ではない人であると一般に認められています。 そうだった。 彼は一人で働くことを好み、直接の学生はほとんどいませんでしたが、これに伴い、彼は誠実で深い友情を育む能力を持っていました。 ディラックはソビエト連邦で彼の最も親しい友人のXNUMX人を見つけました。 彼らはピョートル・カピツァとイゴール・タムでした。 ディラックについてのタムの娘イリーナの回顧録は興味深いものです：「28年連続で、モスクワに来たP. A. M. ディラックは私たちと一緒に滞在し、父はXNUMX年にライデンのエーレンフェストで出会い、友達になりました。夕方のXNUMX回目の訪問では、輝くディラックが入り、指を上げて厳粛に宣言します：「タム、あなたには壮大な変化があります。」 みんなの当惑に応えて、彼は説明しました：「今、トイレの電気がついています。」 1934 年の秋、カピツァはイギリスに戻ることを許可されず、彼が担当していた研究室に戻り、最初は科学研究の機会がないままソ連に留まることを余儀なくされました。 ディラックは、カピッツァを助けるためにソビエト連邦に行きたがっていました。 この問題は、彼と、当時ケンブリッジにいたカピツァの妻、アンナ・アレクセーヴナとの間の通信で詳細に議論されました。 その年、ディラックは米国で講義を行っていました。 カピツァを救出するために、彼はアメリカの物理学者からソ連政府への共同書簡の下で署名を集め、R. ミリケンと共にソビエト大使館を訪れました。 ポール・ディラックの友人や知人は、会話で生じたトピックに対する彼の予期せぬ、時には「奇妙な」反応にしばしば驚かされました。 確かに、彼の発言は自然で論理的な反応であり、彼に何か他のことを期待させたのは、他のすべての人たちの純粋に自動的で思慮のない連想にすぎないことが明らかになりました. 同じ特性がその物理学に現れました。 この類似性は非常に明らかであるため、科学者に関する有名な話の多くは、彼の記事のいくつかと直接関連付けることができます。 たとえば、H. R. ウルムが語った瓶の中の錠剤の話があります。 ウルムはポケットの音について謝罪し、ボトルがもういっぱいではなく、音を立てていると説明しました. ディラックは、「半分いっぱいになったときに最もノイズが発生すると思います」と述べました。 彼は、ボトルが空のときだけでなく、完全にいっぱいになったときも、ボトルが音を立てないという事実を把握しました。 この考え方は、彼の「穴説」の根底にある考え方と似ています。 別のエピソードでは、お茶を飲みながらの会話は、ケンブリッジの物理学者に最近生まれた子供たちの中で、驚くほど多くの割合の女の子がいたという事実に変わりました. 誰かが軽々しく言ったとき、「空中に何かがあるに違いない！」 -ディラックは一時停止の後に追加しました：「または多分水中に」 彼は、「空中」という表現を従来の意味ではなく、文字通り、応用の可能性を見て取った. この傾向は彼の作品の多くに反映されています。 おそらく、量子変数は交換できないというハイゼンベルグの観察を彼が使用した方法で最初に現れました。 ハイゼンベルク自身にとって、これは形式主義の醜い特徴のように思えました。 それどころか、ディラックは、この状況が新しい理論において非常に重要な位置を占めていることを示しました. ディラックのもう一つの特徴は、コペンハーゲンで起こった物語に現れました。 友人たちは、有名な物理学者パウリの体重が急激に増えていることに気づきました。 それから、ディラックは食べ過ぎないように注意するように言われました。 パウリはこのゲームに参加し、コーヒーに砂糖の塊をいくつ入れることができるかをディラックに尋ねました。 「あなたには XNUMX つで十分だと思います」とディラックは言い、少し後に付け加えました。 さらに考えた結果、「XNUMXつあれば誰でも満足できるように作られていると思います」とのこと。 世界の秩序に対するそのような信念は、しばしば彼の著作に反映されており、とりわけ、磁気モノポールが量子力学の既知の法則と矛盾しないことを示す記事の発言に反映されています。これを使って。" ディラックが彼の作品について語ったとき、聴衆には彼が既存の世界をあまり説明していないように見えましたが、クリエーターのように、美しく、数学的に厳密な独自のものを作成しました。 彼が現実に戻るのは最後だけです。 彼の世界を現実の世界と比較すると、ディラックは、他の人が理論への壊滅的な打撃と見なすような驚きに遭遇することがありました。 しかし、これはまさにディラックが持っていなかったものです。 彼にとって決定的な真実の基準は、論理的な孤立でした。 したがって、彼はくりこみ法に基づく相対論的量子場の現代理論と折り合いをつけることができませんでした。 相対論的量子力学の研究を終えた後、ディラックは広く旅をし、日本、ソ連、米国の大学を訪れました。 1932 年から 1968 年に引退するまで、彼はケンブリッジ大学の物理学の教授でした。 ディラックがケンブリッジを去った後、彼はフロリダ大学に招待され、そこで死ぬまで教授を務めた。 1973 年、ディラックは英国功労勲章を授与されました。 彼は、アメリカ国立科学アカデミーの外国人会員 (1949 年) および教皇科学アカデミーの会員 (1961 年) に選出されました。 ディラックは 20 年 1984 月 XNUMX 日にタラハシーで亡くなりました。 著者: サミン D.K.
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