Paul Dirac, kuantum fiziğinin kurucularından ve ünlü Dirac denkleminin yaratıcısı İngiliz fizikçi ve matematikçidir. Paul Adrien Maurice Dirac 8 Ağustos 1902 tarihinde İngiltere’nin Bristol kentinin,Bishopson kasabasında doğdu. Paul Dirac 1933’te daha 31 yaşındayken, Nobel Fizik Ödülü’nü Erwin Schrödinger ile paylaştı.
1918 ila 1923 tarihleri arasında Bristol Üniversitesi’nde ilk olarak elektrik mühendisliği, sonra da uygulamalı matematik okudu. Daha sonrasında şöyle diyecektir: “Mühendislik eğitimime çok şey borçluyum çünkü, bu sayede yaklaşımları tolere etmeyi öğrendiğimi düşündüm. Öncesinde, her zaman sadece kesin denklemler üzerinde konsantre olmam gerektiğini düşünürdüm. Sonra gerçek dünyada, tüm bu denklemlerin sadece yaklaşık değerler olabileceğine dair bir fikre kapıldım. Daha da doğru sonuçlara erişmek için her şeyi yuvarlamamız gerekiyordu. Denklemler yaklaşık olmalarına rağmen, güzel olabiliyorlardı.”
Dirac çok sessiz bir karakterdi hatta sessizliğiyle ünlüydü. Bu yüzden yıllarca fizik dünyası dışında pek bilinen bir bilim insanı değildi.
Orta yaşları
Dirac klasik mekanikte kullanılan Poisson parantezleri metoduyla, kuantum mekaniği için Werner Heisenberg tarafından yeni önerilen matris mekaniği arasında benzerlikler fark etti.[1] Bu gözlem üzerine yaptığı 1926 tarihli yayınla Cambridge’den Ph.D. unvanını aldı.
1928’de Wolfgang Pauli’nin göreli olmayan spin sistemleri üzerine çalışmasına dayanarak, elektronun dalga fonksiyonu için göreli bir hareket denklemi olan Dirac denklemi’ni oluşturdu. Bu çalışma Dirac’ın, elektronun antiparçacığı olan pozitronun varlığını öngörmesine yol açtı.[2] Pozitron Carl Anderson tarafından 1932’de gözlemlendi.[2] Dirac’ın denklemi aynı zamanda spin kavramının görelilik çerçevesine oturtulmasına da yardım etmiştir. Bu çalışması sayesinde Dirac, kuantum elektrodinamiği terimini ilk kez kullanan ve bu dalı kuran kişi olarak tarihe geçti.
Dirac’ın 1930’da basılan Kuantum Mekaniğinin İlkeleri (The Principles of Quantum Mechanics, Oxford Science Publications, Oxford University Press) isimli kitabı bilim tarihinde bir mihenk taşıdır. Basıldıktan hemen sonra konuyu öğretmek için kullanılan standart kitap haline geldi ve bugün hala kullanımdadır. Bu kitapta Dirac Werner Heisenberg’in “Matrix Mekaniği”nde ve Erwin Schrödinger’in “Dalga Mekaniği”’nde yaptığı çalışmaları, ölçülebilir değerler ile fiziksel sistemin durumunu betimleyen vektörlerin Hilbert uzayına etki eden operatörleri ilişkilendirdirerek tek çatı altında topladı. Kitapta daha sonra evrenselleşecek olan bra-ket notasyonu ismi verilen notasyonu ve Dirac delta fonksiyonunu da ilk kez kullandı.
1931’de Dirac tek bir manyetik tek kutuplunun varlığının elektriksel yükün kuantizasyonunu açıklayacağını kanıtladı. Bu kanıt çok ilgi görse de bugüne kadar bir manyetik tekkutuplunun varlığına dair hiçbir bilgi edinilemedi.
1937’de Eugene Wigner’ın kızkardeşi Margit ile evlendi. Margit’in iki çocuğu Judith ve Gabriel’ı da evlat edindi. Ayrıca Margit’ten Mary Elizabeth ve Florence Monica isimlerinde iki kızı oldu.
İleri yaşları
Dirac 1932’den 1969’a kadar Cambridge’de Matematik Lucasian Profesörlüğü onursal unvanını elinde tuttu. II. Dünya Savaşı sırasında gaz santrifujü kullanarak uranyum zenginleştirme üzerine teorik ve deneysel çalışmalar yürüttü. 1937’de Dirac büyük sayıları hipotezi üzerine kurulu kozmolojik modelini geliştirdi. Dirac, “İyi bir teori olarak kabul ettiğimiz kuantum teorisinde sonsuzlukları ihmal ediyor olmamız beni çok rahatsız ediyor. Bu mantıklı değil. Mantıken matematikte bir değeri çok küçük olduğu için ihmal edersiniz, sonsuz büyüklükte olduğu ve onu istemediğimiz için değil.” diye yazmıştı. Kuantum alan teorisinde ortaya çıkan sonsuzluklarla başa çıkmak için kullanılan renormalizasyon yaklaşımından hiç memnun değildi ve bu konudaki çalışmaları gitgide ana akımın dışında kalmaya başladı. Büyük kızı Mary’ye yakın olmak için Florida’ya taşındıktan sonra Dirac hayatının son on yılını Tallahassee, Floridadaki Florida Eyalet Üniversitesi’nde geçirdi.
Dirac Denklemi
Dirac denklemi; bir elektronun gelişigüzel manyetik alanda hareketini tanımlar ve bir çok farklı yöntemle yazılabilir. Dirac’ın orijinal yayınlarında denklem şöyle ifade edilir.
[p0+ecA0+α1(p1+ecA1)+α2(p2+ecA2)+α3(p3+ecA3)+α4mc]ψ=0p0+ecA0+α1p1+ecA1+α2p2+ecA2+α3p3+ecA3+α4mcψ=0
p0 = ih∂/c∂t (enerji operatörü) e elektronun yükü, A0 elektromanyetik alanla ilişkili ölçeksel potansiyel, c ışık hızı, α1 Pauli matrislerinden elde edilen 4×4 matris, p1 = -ih∂/∂x momentum operatörü(p2 = -ih∂/∂y, p3 = -ih∂/∂z). A1 elektromanyetik vektör potansiyelinin üç bileşeni, m elektron kütlesi ve Ψ elektronun dalga fonksiyonudur.
Ψ 4×1 kolon vektörü (spinör olarak da bilinir) ve her element uzay-zamanın bir fonksiyonudur, elektronunu spin durumunu (yukarı veya aşağı) ve ilişkili pozitron çözümünü temsil eder. İşte bu denklem sayesinde bugüne kadar olan deneylerin sonuçları açıklanabildi ve elektronun spin kökeni açıklanarak, anti maddenin varlığı tahmin edilebiliyor.
Ölümü ve sonrası
1984’te Dirac Tallahassee, Florida’da öldü. 1997’de Florida Eyalet Üniversitesi’nde son doktora öğrencilerinden Dr.Bruce Hellman teorik fizikteki önemli çalışmaları ödüllendirmek için Dirac’ın adına Dirac-Hellman ödülü’nü başlattı. Aynı zamanda Uluslararası Teorik Fizik Merkezi de Dirac ödülü adında bir ödül vermeye başladı. 1995’te Londra’daki Westminster Abbey’de onuruna hazırlanan, üzerinde Dirac denkleminin olduğu bir plaka Stephen Hawking’in konuşmasıyla açıldı. Babasının memleketi olan İsviçre Saint-Maurice’te tren istasyonun karşısına, Dirac onuruna bir hatıra parkı yapıldı.
Ödüller
Paul Dirac 1933’te Nobel Fizik Ödülü‘nü “atom teorisinin yeni üretken biçimlerini keşfinden dolayı” Erwin Schrödinger ile paylaştı. [1]14 Eylül 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. Dirac 1939’da Kraliyet Madalyası ve 1952’de Copley Madalyası ve Max Planck Madalyası’nı da aldı.
1930’da Royal Society, 1948’de American Phsical Society üyesi seçildi.
Ölümünden hemen sonra iki önemli fizik kurumu adına ödül düzenledi. Birleşik krallığın profesyonel fizikçilerinden oluşan Fizik enstitüsü adına Paul Dirac Madalyası’nı düzenledi. Bu madalyayı alan ilk üç kişi 1987’de Stephen Hawking, 1988’de John Bell ve 1989’da Roger Penrose oldu. Abdus Salam Uluslararası Teorik Fizik Merkezi (ICTP) ICTP her sene Dirac’ın doğumgününde verilen Dirac Madalyasını düzenledi.
Tallahassee, Florida’daki Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuarı’nın bulunduğu caddeye Paul Dirac Drive ismi verildi. İngiliz yayın kuruluşu BBC video codec’ini Dirac olarak adlandırdı. Popüler bir TV dizisi olan Doctor Who’daki Adric karakterinin adı da Dirac’a gönderme yaptı. (Adric Dirac’ın anagramıdır).
Kaynaklar:
https://tr.wikipedia.org/wiki/Paul_Dirac
