Entdecken Sie in diesem Blogartikel das spannende Leben eines brillanten Wissenschaftlers.
Was war die Geschichte von Paul Dirac?
Paul Dirac war ein britischer theoretischer Physiker, der grundlegende Beiträge zur Entwicklung der Quantenmechanik, der Quantenfeldtheorie und der Quantenelektrodynamik geleistet hat. Besonders bekannt ist er für seine Versuche, die Quantenmechanik und die Relativitätstheorie zu vereinen. Seine 1928 formulierte Dirac-Gleichung, die das Verhalten von Fermionen wie dem Elektron beschreibt, sagte die Existenz von Antimaterie wie dem Positron voraus. Er teilte sich den Nobelpreis für Physik 1933 mit Erwin Schrödinger „für die Entdeckung neuer produktiver Formen der Atomtheorie“ und wird von manchen als einer der größten Physiker aller Zeiten angesehen.
Paul Adrien Maurice Dirac wurde am 8. August 1902 in Bristol, England, geboren. Er wurde in einem ungewöhnlich strengen und autoritären Haushalt von seinem Vater, einem Schweizer Einwanderer, erzogen und besuchte das Merchant Venturers‘ Technical College (wo sein Vater Französischlehrer war), eine der Universität Bristol angegliederte Einrichtung, die den Schwerpunkt auf wissenschaftliche Fächer und moderne Sprachen legte.
Dirac setzte sein Studium an der Universität Bristol fort, wo er 1921 einen Abschluss in Elektrotechnik und 1923 einen Bachelor in angewandter Mathematik erwarb. Er erhielt ein Stipendium für Forschungsarbeiten am St John’s College in Cambridge, wo er den größten Teil seiner Karriere blieb und seine Interessen in der allgemeinen Relativitätstheorie und im aufkommenden Bereich der Quantentheorie, zunächst unter der Aufsicht von Ralph Fowler, verfolgte.
Er begann mit der Arbeit an der Quantenmechanik fast unmittelbar nach ihrer Einführung durch Werner Heisenberg im Jahr 1925 und erhielt 1926 einen Doktortitel für seine kanonische Quantifizierung der klassischen Mechanik, die auf der von Heisenberg neu vorgeschlagenen Matrixformulierung der Quantenmechanik basiert. Sein von Heisenbergs Matrixformulierung unabhängiges mathematisches Äquivalent bestand in einer nicht-kommutativen Algebra zur Berechnung atomarer Eigenschaften.
Aufbauend auf Wolfgang Paulis Arbeiten zu nicht-relativistischen Spinsystemen schlug er 1928 die „Dirac-Gleichung“ als relativistische Bewegungsgleichung für die Wellenfunktion des Elektrons vor. Diese Arbeiten führten ihn auch zur Vorhersage der Existenz des Positrons (das Antiteilchen des Elektrons, das in allen Aspekten außer der Ladung mit dem Elektron identisch ist und dessen Existenz 1932 von Carl Anderson beobachtet und bestätigt wurde) und der Materie-Antimaterie-Annihilation sowie zu seinem Beitrag zur Erklärung des Ursprungs des Quantenspins als relativistisches Phänomen. Er war auch für die Entwicklung der „Bra-ket“-Notation (oder Dirac-Notation) verantwortlich, der Standardnotation zur Beschreibung von Quantenzuständen in der Theorie der Quantenmechanik, die aus Haken (Chevrons) und vertikalen Balken besteht.
Dirac reiste vor allem in seinen jungen Jahren viel und studierte an verschiedenen ausländischen Universitäten, darunter Kopenhagen, Göttingen, Leyden, Wisconsin, Michigan und Princeton, und reiste mehrfach in die Sowjetunion. Nachdem er 1929 fünf Monate in Amerika verbracht hatte, setzte er seine Weltreise fort und besuchte Japan (zusammen mit Heisenberg) und kehrte dann über Sibirien zurück.
Sein Buch von 1930 mit dem Titel „Principles of Quantum Mechanics“ gilt als Standardwerk in der Wissenschaftsgeschichte und wurde schnell zu einem der Standardlehrbücher zu diesem Thema (es wird auch heute noch verwendet). In diesem Werk integrierte Dirac die früheren Arbeiten von Heisenberg zur Matrixmechanik und von Erwin Schrödinger zur Wellenmechanik in einen einzigen mathematischen Formalismus. Nicht zuletzt dank dieses Buches erhielt er 1933 seinen Anteil am Nobelpreis für Physik.
Er wurde 1932 Professor für Lucasianische Mathematik in Cambridge, eine Position, die er die nächsten 37 Jahre innehatte. In den frühen 1930er Jahren führte Dirac die Idee der Vakuumpolarisation ein und entwickelte das Gebiet der Quantenelektrodynamik (er war der erste, der diesen Begriff verwendete). 1933 zeigte er, dass die Existenz eines einzigen magnetischen Monopols im Universum ausreichen würde, um die beobachtete Quantisierung der elektrischen Ladung zu erklären (obwohl bis heute noch kein überzeugender Beweis für die Existenz physikalischer magnetischer Monopole gefunden wurde). 1937 schlug er ein spekulatives kosmologisches Modell vor, das auf der sogenannten „Große-Zahlen-Hypothese“ basierte und, obwohl es von der herrschenden Physik nicht akzeptiert wurde, einen großen Einfluss auf die Anhänger anderer Nicht-Standard-Kosmologien hatte.
Dirac heiratete 1937 Margit „Manci“ Wigner (die Schwester des ungarisch-amerikanischen Physikers und Mathematikers Eugene Wigner). Er adoptierte Margits zwei Kinder, Judith und Gabriel, und das Paar hatte zwei weitere gemeinsame Kinder, Mary und Florence. Er war als sehr genauer und ordentlicher, aber schüchterner, bescheidener und wortkarger Mensch bekannt, und es wurde argumentiert, dass sein Autismus für seinen Erfolg als theoretischer Physiker ausschlaggebend war. Seine wichtigen Beiträge zur Physik waren weitgehend von mathematischen Schönheitsprinzipien getrieben, und er sagte einmal: „Gott hat schöne Mathematik benutzt, um die Welt zu erschaffen“. Allerdings soll er auch gesagt haben: „Ich erkenne keine religiösen Mythen an, zumindest nicht, weil sie sich widersprechen“, und er kritisierte die politische Manipulation der Religion scharf.
Paul Dirac gewann 1933 zusammen mit seinem Kollegen Erwin Schrödinger den Nobelpreis für Physik zum Thema der Entdeckung neuer produktiver Formen der Atomtheorie. Er erhielt außerdem die Royal Medal (1939), die Copley-Medaille und die Max-Planck-Medaille (beide 1952), neben anderen Auszeichnungen, und wurde 1930 zum Mitglied der Royal Society und 1948 zum Mitglied der American Physical Society gewählt und 1973 zum Mitglied des britischen Verdienstordens ernannt.
Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete er an der Urantrennung und an Atomwaffen, doch seine Arbeit entfernte sich in seinen späten Jahren immer mehr vom Mainstream. In den 1960er Jahren entwickelte er eine Theorie der „Zwangsquantisierung“, die allgemeine Quantenregeln für beliebige klassische Systeme identifizierte, und seine Analyse der Quantenfelder von Membranschwingungen in den frühen 1960er Jahren erwies sich für moderne Praktiker der Superstringtheorie und ihres eng verwandten Nachfolgers, der M-Theorie, als äußerst nützlich.
Nachdem er von 1932 bis 1968 als Lucasian Professor of Mathematics in Cambridge lehrte, zog er nach Florida, um in der Nähe seiner Tochter Mary zu sein, und verbrachte seine letzten Jahre als Lehrer an der University of Miami in Coral Gables und der Florida State University in Tallahassee. Dirac starb am 20. Oktober 1984 in Tallahassee, Florida, wo er auch begraben ist.
.