Recenzja: Sekretne życie Paula Diraca geniusza mechaniki kwantowej

Krzysztof Rzymkowski

Postępy Techniki Jądrowej

Niezwykle obszerna publikacja (728 stron), przedstawia osiągnięcia naukowe, życie prywatne i towarzyskie oraz zainteresowania Paula Diraca uznawanego za największego brytyjskiego uczonego od czasów Izaaka Newtona.

Paul Adrien Maurice Dirac urodził się 8 sierpnia 1902 w Bristolu, zmarł 20 października 1984 w Tallahassee (Floryda). Charles Dirac, ojciec Paula, opuścił dom rodzinny w Szwajcarii i po licznych perypetiach pracując jako nauczyciel języków nowożytnych w Szwajcarii, Francji i Niemczech osiedlił się ostatecznie w Bristolu, gdzie poznał znacznie młodszą od siebie bibliotekarkę Florence Holten, która została jego żoną. Ogromna różnica charakterów i różne wyznania religijne małżonków spowodowały, że dzieciństwo Feliksa, Paula i Betty Diraców nie było szczęśliwe i zaważyło na ich dalszym ich życiu. Przypuszcza się, że surowe, bez czułości rodzicielskiej wychowanie wymuszane przez ojca było nawet powodem samobójczej śmierci  Feliksa. Mimo że, Charles Dirac był dyrektorem Szkoły Wspólników Kupieckich (Merchant Venturer’s Bristol) w Bristolu sytuacja finansowa rodziny była trudna. Dzieci Feliks i Paul  musiały walczyć od najwcześniejszych lat o stypendia umożliwiające opłacenie edukacji rywalizując z rówieśnikami o pozycję w klasie. Obaj bracia w szkole podstawowej wyróżniali się w przedmiotach ścisłych. Po jej zakończeniu rozpoczęli naukę w Szkole Wspólników Kupieckich kończąc edukację w Kolegium Technicznym tej szkoły z tytułem inżyniera. Po ukończeniu szkoły w 1921 Paul Dirac studiował przez dwa lata matematykę na uniwersytecie w Bristolu, a po uzyskaniu stypendium przeszedł do St. John’s College w Cambridge.W1919 roku po raz pierwszy dowiedział się o teorii względności i mimo trudności w uzyskiwaniu pełnej informacji poznał jej podstawy. Jej zrozumienie ułatwiała mu  dobra znajomość geometrii wykreślnej poznana w czasie studiów inżynierskich.

W 1926 uzyskał stopień doktora przedstawiając pracę pt „Podstawowe równania mechaniki kwantowej”przedstawiając w niej nowe podejście do rozwiazywania problemów  mechaniki wprowadzając do obliczeń metody algebry nieprzemiennej. W 1926 roku opracował statystykę fermionów (cząstek o spinie ½) niezależnie od E. Fermiego.

W roku 1928 przedstawił równanie falowe nazywane obecnie równaniem Diraca, łączące szczególną teorię względności z równaniem Erwina Schrödingera.  Równanie przewidywało istnienie pozytonu wykrytego w 1932 roku przez amerykańskiego uczonego Carla Andersona co zostało potwierdzone przez angielskiego uczonego P.M.S Blacketta i włoskiego G. Occhialiniego w laboratorium w Cambrigde w 1933 r. Równanie pozwoliło również wyjaśnić pochodzenia spinu elektronu.

W roku 1930, został mianowany profesorem Uniwesytetu Cambrigde. Tego roku została również wydana jego książka  stanowiąca do dziś najlepszy wykład mechaniki kwantowej pt Podstawy mechaniki kwantowej (The principles of Quantum mechanics),

Jedną z bardzo śmiałych hipotez wysuniętych przez Paula Diraca jest twierdzenie, że w przyrodzie nie ma przestrzeni pustej ponieważ stanowi ona ocean nieskończenie wielu cząstek z których, te które wyskoczą powyżej powierzchni są cząstkami fizycznymi, a te pod powierzchnią są anty cząstkami czyli tworzą anty materię. Mimo, że hipoteza nie została do dziś potwierdzona to zapoczątkowała badania antymaterii.

W roku 1930 został członkiem Towarzystwa Królewskiego Naukowego w Londynie (Royal Society) założonego w 1660 najstarszego angielskiego towarzystwa naukowego, otrzymując Królewski Medal Towarzystwa i Medal Copleya.

W roku1933 otrzymał wraz z Erwinem Schrödingerem Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie nowych ,twórczych struktur atomowych („for the discovery of new productive forms of atomic). Nie przyjął proponowanego mu tytułu szlacheckiego.

W roku 1953 został profesorem Uniwersytetu w Oxfordzie, a w roku 1961 członkiem Papieskiej Akademii Nauk.

Publikacja PRZEDZIWNY CZŁOWIEK Sekretne życie PAULA DIRACA…. jest bardzo interesującą lekturą przedstawiającą nie tylko sylwetkę noblisty, ale również niezwykłą historię powstawania mechaniki kwantowej nowej dziedziny odkrywającej strukturę budowy materii. Zaletą publikacji jest jasne tłumaczenie rozwiązywanych problemów teoretycznych przez tworzących podstawy mechaniki kwantowej naukowców i przedstawienie ich sylwetek wzajemnych kontaktów, przyjaźni i animozji. Paul Dirac współpracował prawie ze wszystkimi znanymi naukowcami głównie Schrödingerem, Bornem, Bohrem, Gamowem, Oppeheimerem, Paulim, Heisenbergiem, Kapicą, Ehrenfestem, Wignerem, Frishem, Będąc z natury nieśmiałym i nadzwyczaj małomównym miał trudności w nawiązywaniu kontaktów. Do najbliższych przyjaciół należeli  Schrödinger, Heisenberg, Kapica, pod koniec życia Wigner, który był jego szwagrem. Bliski kontakt z Piotrem Kapicą i sympatie (nigdy nie wyrażone publicznie) dla ruchu komunistycznego były powodem jego częstych wizyt w Rosji przed  II Wojną Światową i kilka lat po wojnie. W okresie wojennym odmówił wyjazdu do Stanów Zjednoczonych by wziąć udział budowie broni jądrowej. Był natomiast zatrudniony pośrednio w pracach związanych, z bronią jądrową prowadząc obliczenia matematyczne. Udoskonalił swój wcześniejszy pomysł oddzielania izotopów pierwiastków metodą wirówkową. Obliczył i zaprojektował wirówkę która jest stosowana z pewnymi modyfikacjami do dziś.

W książce opisano wiele podróży zagranicznych Diraca związanych z jego studiami,  pracą naukową i rekreacją. Pracował na uniwersytetach w Kopenhadze, Göttingen, Leyden, Wisconsin, Michigan i Princeton. Odbył wraz żoną Margrit podróż dookoła świata..  Był zamiłowanym alpinistą i lubił długie samotne spacery.

Opisana w książce postać Diraca, mimo jego wielkich osiągnięć naukowych, nie wzbudza wielkiej sympatii. Był człowiekiem bardzo zamkniętym w sobie nie okazującym żadnych emocji czasem nawet odpychającym. Podkreślana przez niego niechęć do ojca graniczy prawie z nienawiścią. Dziwne jest również to, że wyrywając matkę z domu na długie podróże do Stanów czy na uroczystość wręczenia nagrody Nobla nie okazywał jej serdeczności. Pracując w osamotnieniu w zamkniętym gabinecie musiał być odizolowany od wszelkich dźwięków pochodzących z zewnątrz nawet bicie dzwonów w pobliżu denerwowało go. Bardzo długo wydawało się, że nie jest zainteresowany założeniem własnej rodziny, ale długa znajomość z Margrit Wigner (z zamożnej rodziny z Węgier) doprowadziła w roku 1937 do małżeństwa. Ciekawe, a nawet anegdotycznie wygląda ich korespondencja. Gdy Margrit skarżyła się że nie odpowiedział na jej pytania przygotował tabelę z kolumnami( numer listu, pytanie, odpowiedź). W późniejszym okresie żona przejęła kontrolę nad administracją domu i relacjami zewnętrznymi, co było szczególnie istotne po ich wyprowadzce z Cambrigde do Tallahassee w Stanach Zjednoczonych. Zmian miejsca zamieszkania była częściowo podyktowana względami ambicjonalnymi. Dirac został profesorem na Uniwersytecie Stanowym Florydy.

Z materiału przedstawionego w książce wynika, że Paul Dirac był osobą charakteryzującą się niezwykła powściągliwością, udzielająca dosłownych prawie monosylabowych odpowiedzi na proste pytania, egocentryzmem, o niezwykle wąskim zakresie zainteresowań, brakiem współodczuwania z i innymi ludźmi – stłumionymi uczuciami wyższymi. Dlatego uważa się według obecnych standardów medycznych, że był osobą z autyzmem.

Pewną wadą książka jest brak tablic chronologicznych, które przy tak obszernej treści ułatwiłby odtworzyć kolejność wydarzeń, ponieważ kompozycja całości tekstu jest jakby opowiadaniem historii jednym tchem. Książka ma bardzo wnikliwe przygotowaną bibliografię.