100 великих нобелевских лауреатов

Английский физик Поль Адриен Морис Дирак родился 8 августа 1902 года в Бристоле, в семье уроженца Швейцарии Чарлза Адриена Ладислава Дирака и англичанки Флоренс Ханны (Холтен) Дирак. В семье Дираков кроме Поля было еще двое детей - Реджинальд и Беатрис.

Отец преподавал в коммерческом училище Merchant Venturers (MV). Он определил в свое учебное заведение и сына. Ученый позднее так рассказывал об этом:

«MV была великолепной школой естественных наук и современных языков. В ней не было ни латинского, ни греческого, чему я был очень рад, ибо я совсем не воспринимал древние культуры. Я был очень счастлив, что могу посещать эту школу. В MV я учился с 1914 по 1918 год, как раз во время Первой мировой войны. Многие парни покинули школу ради служения нации. В результате старшие классы совсем опустели. Чтобы заполнить пробел, стали продвигать младших в той степени, в какой они могли справиться с более сложной работой. Мне это было очень выгодно: я быстро "проскочил" младшие классы и в очень раннем возрасте познакомился с основами математики, физики, химии на вполне высоком уровне. Математику я учил по книгам, которые, как правило, содержали больше, чем знал класс. Быстрое продвижение вперед способствовало дальнейшим моим успехам. Но это мешало моему участию в спортивных играх, происходивших по средам во второй половине дня. Я играл в футбол и крикет; остальные участники игр были старше и сильнее меня, и мне не сопутствовала удача… Однако в школе ценили мою преданность науке».

Затем Поль учился в коммерческом училище в Бристоле. Потом с 1918 по 1921 год он изучал электротехнику в Бристольском университете и окончил его со степенью бакалавра наук. После этого Поль прошел еще и двухлетний курс прикладной математики в том же университете.

Среди его учителей на математическом факультете в Бристоле был математик Петер Фрезер. Он привил Дираку понимание красоты математики и ее логической стройности, в частности, красоты геометрии и ее проективной реализации.

В 1923 году, получив небольшую стипендию, Дирак смог стать аспирантом в Кембридже. Через полгода он напечатал свои первые две работы по статистической механике.

Затем Дирак поступил в аспирантуру по математике колледжа Св. Иоанна в Кембридже и в 1926 году защитил докторскую диссертацию. В следующем году Дирак стал членом научного совета того же колледжа.

«Фаулер вовлек меня в совсем новое поле деятельности, познакомив с атомом Резерфорда, Бора и Зоммерфельда, - вспоминает Дирак. - Прежде я ничего не слышал о теории Бора. У меня как бы открылись глаза. Казалось совершенно непостижимым, что уравнения классической электродинамики можно применять к атому. Я всегда считал атомы некими совершенно гипотетическими объектами, а здесь, в Кембридже, физики работали с уравнениями, которые на самом деле описывали строение атома.

Я очень быстро попал в самый центр проблем, связанных с изучением атомов. Самой сложной была задача о том, почему электронные орбиты стабильны. Почему электроны попросту не падают на ядро, как это следует из классической механики?

Со всей настойчивостью я принялся размышлять над этими проблемами, занимаясь одновременно и другими вопросами математики».

Дирак начал изучать уравнения Гейзенберга и Шрёдингера, как только те были опубликованы в 1925 году, высказав при этом несколько полезных замечаний. Одним из недостатков квантовой механики было то, что она была разработана лишь применительно к частицам, обладающим малой скоростью (по сравнению со скоростью света), а это позволяло пренебречь эффектами, рассматриваемыми теорией относительности Эйнштейна. Эффекты теории относительности, такие как увеличение массы частицы с возрастанием скорости, становятся существенными, только когда скорости начинают приближаться к скорости света.

На Сольвеевском конгрессе в октябре 1927 года к Дираку подошел Бор. Вот как вспоминает об этом сам Дирак: «Бор подошел ко мне и спросил: "Над чем сейчас работаете?" Я ответил: "Пытаюсь получить релятивистскую теорию электрона". Бор тогда сказал: "Но ведь Клейн уже решил эту проблему». Я был несколько обескуражен. Я стал объяснять ему, что решение задачи Клейна, основанное на уравнении Клейна-Гордона, неудовлетворительно, так как его нельзя согласовать с моей общей физической интерпретацией квантовой механики. Однако я так и не смог объяснить что-либо Бору, так как наш разговор был прерван началом лекции и вопрос повис в воздухе».

Дирак был недоволен. Он стремился получить уравнения для одного электрона, а не для системы частиц с разными зарядами. Он добился своего, но решение его удивило: «Я обнаружил из этого уравнения, что электрон обладает спином, равным 1/2, и магнитным моментом и что значения спина и магнитного момента согласуются с экспериментальными. Полученный результат был совершенно неожиданным… Я считал, что простейшее решение получится для частицы без спина, а уже затем нужно будет ввести спин…»