Поль Адрієн Моріс Дірак: биография

У тій же роботі було розглянуто новий клас непріводімих уявлень групи Лоренца, для якого Еренфеста був запропонований термін «Спінор». Ці об'єкти зацікавили «чистих» математиків, і через рік Бартел Ван-дер-Варден опублікував роботу по спінорно аналізу. Незабаром з'ясувалося, що об'єкти, ідентичні Спінор, були введені математиком Елі Картань ще в 1913 році.

Після появи рівняння Дірака стало ясно, що воно містить одну істотну проблему: крім двох станів електрона з різними орієнтаціями спина, чотирьохкомпонентна хвильова функція містить два додаткових стану, якi характеризуються негативною енергією. У дослідах ці стани не спостерігаються, проте теорія дає кінцеву ймовірність переходу електрона між станами з позитивною і негативною енергіями. Спроби штучно виключити ці переходи ні до чого не привели. Нарешті, в 1930 році Дірак зробив наступний важливий крок: він припустив, що всі стани з від'ємною енергією зайняті («море Дірака»), що відповідає вакуумному стану з мінімальною енергією. Якщо ж стан з негативною енергією виявляється вільним («дірка»), то спостерігається частка з позитивною енергією. При переході електрона в стан з негативною енергією «дірка» зникає, тобто відбувається анігіляція. Із загальних міркувань випливало, що ця гіпотетична частка має бути в усьому ідентичною електрону, за винятком протилежної за знаком електричного заряду. На той час така частка не була відома, а Дірак не зважився постулювати її існування. Тому в роботі «Теорія електронів і протонів» (1930) він припустив, що такий часткою є протон, а його масивність обумовлена ??кулоновскими взаємодіями між електронами.

Незабаром Вейль з міркувань симетрії показав, що така «дірка» не може бути протоном, а повинна мати масу електрона. Дірак погодився з цими доводами і вказав, що тоді має існувати не тільки «позитивний електрон», або антиелектрони, але і «негативний протон» (антипротон). Антиелектрони був відкритий через кілька років. Перші свідчення його існування в космічних променях отримав Патрік Блекетт, проте поки він був зайнятий перевіркою результатів, у серпні 1932 року Карл Андерсон незалежно відкрив цю частку, яка пізніше отримала назву позитрона.

У 1932 році Дірак змінив Джозефа Лармора на посаді Лукасовского професора математики (свого часу цю посаду обіймав Ісаак Ньютон). У 1933 році Дірак розділив з Ервін Шредінгер Нобелівську премію з фізики «за відкриття нових форм квантової теорії». Спочатку Дірак хотів відмовитися, оскільки не любив привертати до себе увагу, проте Резерфорд умовив його, сказавши, що своєю відмовою він«Наробить ще більше шуму». 12 грудня 1933 в Стокгольмі Дірак прочитав лекцію на тему «Теорія електронів і позитронів», в якій передбачив існування антиматерії. Передбачення і відкриття позитрона породило в науковому співтоваристві впевненість, що початкова кінетична енергія одних частинок може бути перетворена в енергію спокою інших, і призвело в подальшому до стрімкого зростання числа відомих елементарних частинок.

Інші роботи з квантової теорії 1920 - 1930-х років

Після поїздок у Копенгаген і Геттінген Дірак відчув смак до подорожей, відвідинам різних країн і наукових центрів. З кінця 1920-х років він виступав з лекціями по всьому світу. Так, в 1929 році він прочитав курс лекцій у Вісконсінському і Мічиганському університетах у США, потім разом з Гейзенбергом перетнув Тихий океан, а після лекцій в Японії повернувся до Європи по Транссибірської магістралі. Це було не єдине відвідування Діраком Радянського Союзу. Завдяки тісним науковим та дружнім зв'язкам з радянськими фізиками (Ігорем Таммом, Володимиром Фоком, Петром Капіцею та ін) він неодноразово приїжджав в цю країну (вісім разів у довоєнний час - у 1928-1930, 1932-1933, 1935-1937 роках), а в 1936 році навіть взяв участь у сходженні на Ельбрус. Проте після 1937 року йому не вдавалося отримати візу, тому його наступні приїзди відбулися лише після війни, в 1957, 1965 і 1973 роках.