Paul Dirac, 1902 yılında İngiltere'de doğan İngiliz fizikçidir. Kuantum mekaniği alanında yaptığı çığır açıcı çalışmalarla tanınır ve 1933 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü Werner Heisenberg ile paylaşmıştır.
Dirac'ın en önemli katkılarından biri, 1928 yılında kuantum mekaniği çerçevesinde geliştirdiği Dirac Denklemi'dir. Bu denklem, elektronun davranışını ve özelliklerini açıklamak için temel bir model sağlamıştır. Ayrıca, antiparçacıkların varlığını öngören ve sonradan deneysel olarak doğrulanmış olan Dirac Denklemi, modern parçacık fiziği için temel bir taşın altını oluşturmuştur.
Paul Adrien Maurice Dirac, 5 Ağustos 1902'de Bristol'da doğdu ve 20 Ekim 1984'te Tallahassee, Florida'da vefat etti. İsviçreli bir baba ve İngiliz bir anne tarafından büyütüldü. Eğitim hayatının erken dönemlerinden itibaren matematikte büyük bir yetenek sergileyen Dirac, Bristol Üniversitesi'nde önce elektrik mühendisliği okudu ve 1921'de mezun olduktan sonra matematik alanında 2 yıl daha eğitim aldı. Sonrasında Cambridge Üniversitesi'nde St. John's College'da teorik fizik alanında bursla eğitimine devam etti ve 1926'da doktorasını tamamladı. Dirac, ertesi yıl St. John's College'a katıldı ve 1930'da Royal Society üyeliğine seçildi. 1932'de Cambridge'de Newton'un kürsüsü olan Lucas Matematik Profesörlüğüne getirildi ve 1933'te Nobel Fizik Ödülü'nü, karşı elektronun (pozitron) varlığını öngören teorik çalışmalarıyla Erwin Schrödinger ile paylaştı. Dirac, çeşitli ödüllerin yanı sıra Copley ve Royal Society Kraliyet Madalyaları da aldı ve Dublin, Kopenhag, Göttingen, Leiden, Wisconsin, Michigan ve Princeton üniversitelerinde çalıştı. Emekli olduktan sonra çalışmalarını Florida Eyalet Üniversitesi'nde sürdürdü.
Dirac'ın fizik alanındaki ilk önemli katkısı, klasik mekanikteki Poisson parantezlerinin kuantum mekaniğinde komütatörler haline gelmesini gösterdiği 1925 tarihli bir makaledir. Bu, klasik mekanikteki normal değişkenlerin kuantum mekaniğinde sıralı çarpımlar halinde işlem gördüğünü gösteren bir keşiftir. Dirac, bu düşüncelerini "dönüşüm kuramı" adını verdiği kuantum mekaniğinin genel formülasyonunu geliştirerek tamamladı. Ancak, bu kuram hala görelilik teorisine uygun değildi ve yalnızca ışık hızından çok daha düşük hızlarda geçerliydi.
Fermi-Dirac istatistiği
1926'da Enrico Fermi ve Paul Dirac, elektronların davranışının klasik parçacıkların ve fotonlarınkinden farklı bir istatistiğe uyduğunu öne sürdüler. Daha önce, Hintli fizikçi Bose ve Einstein, fotonların özel bir istatistiğe uymasını göstermişti ve bu sınıfa bozon adı verildi. Dirac özellikle elektronların bu yeni istatistikle ilişkisini açıklığa kavuşturdu. Fermi-Dirac istatistiğine uyan parçacıklar (fermiyonlar), bir fiziksel konumda en fazla bir tane olabileceği ve birden fazla parçacığın dalga fonksiyonlarının bakışımsız olması gerektiğini belirtti. Bu, Pauli'nin daha önce atom düzeyindeki elektronlar için ortaya koyduğu dışlama ilkesinin genelleştirilmesiydi. Böylece, doğadaki tüm parçacıkların ya bozon ya da fermiyon olması gerektiği anlaşıldı. Fermi-Dirac istatistiği, metallerden atom çekirdeklerine, kuarklardan nötron yıldızlarına kadar çeşitli fiziksel sistemlerin davranışlarında temel bir rol oynamaktadır.
1927'de Dirac, atomların ve elektronların ışınım ile etkileşimlerinde ışınım alanının kuantum özelliklerini de göz önünde bulundurulması gerektiğini öne süren bir makale yayımladı. Bu makale, elektromagnetik alanın diğer dinamik değişkenler gibi kuantumlaşması gerektiğini ilk kez öne sürdüğü için kuantum elektrodinamiğinin ve kuantum alan teorisinin başlangıcı olarak kabul edilir. Dirac'ın bu kuramı, ışık hızından çok daha düşük hızlarda geçerli olan Schrödinger denklemindeki tutarsızlıkları açıklayabiliyordu. Ayrıca, bu denklemin kapsamında olmayan yeni bulguları da başarıyla ele alıyordu. Günümüzde, temel doğa olaylarının kuantum alan teorisiyle açıklanacağı genel kabul görmüştür ve bu teorilerin temelinde Dirac'ın 1927'deki "ikinci kuantumlaşma" düşüncesi yatar.
1928'de Dirac, elektronlar için görelilik kuramına uygun kuantum dalga denklemini verdi ve sonuçlarını inceledi. Bu denklem, zaman türevinin Schrödinger denklemindeki gibi birinci dereceden olması ve uzay-zaman koordinatlarındaki görelilik bakış açısının bulunması koşullarından çıkarıldı. Denklemin deneysel başarıları hemen fark edildi ve hidrojen tayfındaki gözlemlerle uyumluydu. Ayrıca, Dirac'ın önerdiği yöntemle kuantumlaşmış ışınım alanını ele alındığında, elektronların saçılma etkisini doğru bir şekilde açıklayan formüller elde edildi.
Pozitron ve karşı parçacıklar
Dirac'ın çalışmaları, fiziğin temelinde devrim yarattı. O, negatif enerjili çözümleriyle karşılaştığında, bu durumun aslında yeni bir gerçeği ortaya koyduğunu fark etti: karşı madde. Pozitif yüklü parçacıkların, elektronlar gibi, ayna görüntüsü olan bu parçacıklarıyla karşılaşmasını öngördü. Bu, karşı parçacıkların enerjinin bir fontonla açığa çıkmasıyla üretilebileceği ve bir araya gelerek yok olduğu öngörüsünü getirdi.
Dirac denklemi ve beraberinde getirdiği boşluk ve karşı madde kavramları, fizik tarihinde çığır açıcı bir buluş oldu. Bu denklem, kimyanın ve büyük bir kısmının fiziğin temellerini açıklamaya yeteceği öngörüsünü getirdi. Ayrıca, boşluğun aslında fiziksel olaylara katılabilen bir ortam olduğu fikrini ileri sürdü. Dirac, görelilik kuramı ile kuantum mekaniğini başarıyla birleştiren ilk kişi oldu ve bu birleşimin doğal sonucu olarak karşı madde varlığını öne sürdü. Bu çalışmalarıyla Dirac, 1933'te Nobel Ödülü'nü kazandı ve fizikte büyük bir değişimin öncüsü oldu.
Magnetik tek kutup
Dirac, 1931'de Maxwell denklemlerindeki bir bakışımsızlıkla ilgilenerek, magnetik tek kutuplar konseptini ortaya attı. Maxwell denklemleri, tek bir magnetik kutbun doğada bulunmadığını öne sürerken, elektrik yüklerinin ise pozitif ve negatif olarak mevcut olduğunu kabul ediyordu. Dirac, bu iki olgunun birbirine özgün bir şekilde bağlanabileceğini gösterdi.
Öncelikle, bir magnetik tek kutbun sonsuz incelikte bir çubuk mıknatısa benzediğini belirtti. Ancak bu teorik yapı, pratikte gözlemlenemiyordu çünkü magnetik yüklerin elektrik yükleriyle etkileşimleri, elektrik yükü ile magnetik yükün çarpımının bir tam sayı olması gerektiriyordu. Bu durumda, tek bir magnetik kutbun varlığı deneysel olarak gözlemlenemeyecekti.
Dirac'ın bu teorisi, elektrik yüklerinin kuantize edilmesini de açıklıyordu. Elektrik yükünün kuantumlanması, elektriksel ince yapı sabitini tanımlıyordu. Buna karşılık, magnetik ince yapı sabiti, elektriksel ince yapı sabitinin tersi mertebesinde olacaktı ve magnetik kutuplar, elektrik yüklerden daha sıkı bağlanacaktı.
Dirac'ın bu teorisi, deneysel ve kuramsal araştırmaları etkiledi. Deneysel olarak, tek kutupların varlığına dair herhangi bir bulgu bulunamadı. Kuramsal olarak ise, magnetik tek kutuplar, Abelyen olmayan ayar kuramlarının gelişiminde önemli bir rol oynadı. Ayrıca, evrenin doğuşunu açıklayan "büyük patlama" teorisi ile birleştirildiğinde, magnetik tek kutupların bol miktarda olması gerektiği sonucuna varıldı.
Magnetik tek kutuplar aynı zamanda kuvarkların hapsetme konusunda da önemli bir rol oynadığı düşünülmektedir. Kuvantum kuramının gelişimi üzerinde büyük etkisi olan Dirac'ın çalışmaları, fizik tarihindeki en önemli buluşlar arasında yer alır.
• YAPITLAR (başlıca): Principles of Quantum Mechanics, 1930, (“Kuvantum Mekaniğinin İlkeleri”); General Theory of Relatıvity, 1975, (“Genel Görelilik Kuramı”).
Yorum Gönder
Konu hakkında yorum ya da düşüncelerini paylaş...