Пол Дирак был британским физиком-теоретиком, который внес фундаментальный вклад в развитие квантовой механики , квантовой теории поля и квантовой электродинамики , и особенно известен своими попытками объединить теории квантовой механики и теорию относительности . Его уравнение (которую в его честь назовут уравнение Дирака), которое было сформулировано в 1928 году и описывает поведение фермионов, подобных электрону, предсказало существование антивещества, такого как позитрон. Нобелевскую премию по физике за 1933 год он поделил с Эрвином Шредингером «За открытие новых продуктивных форм атомной теории» и рассматривается некоторыми как один из величайших физиков всех времен.
Пол Адриен Морис Дирак родился 8 августа 1902 года в Бристоле, Англия. Он был воспитан в необычайно строгом и авторитарном доме и получил образование в Техническом колледже торговцев-предпринимателей (где его отец был учителем французского языка), учреждении при Бристольском университете, в котором особое внимание уделялось научным предметам.
Дирак продолжал учиться в Бристольском университете, закончив в 1921 году и получив степень по электротехнике, а затем в 1923 году получил степень бакалавра прикладной математики. Он получил грант на проведение исследований в колледже Святого Иоанна в Кембридже, где он останется большую часть своей карьеры. Под наблюдением Ральфа Фаулера, он начинает изыскания в общей теории относительности и в зарождающейся области квантовой теории.
Он начал работать над квантовой механикой почти сразу же, как она была введена Вернером Гейзенбергом в 1925 году, и он получил докторскую степень в 1926 году за свое каноническое квантование классической механики, основанное на недавно предложенной Гейзенбергом матричной формулировке квантовой механики. Его независимый математический эквивалент матричной формулировки Гейзенберга состоял из некоммутативной алгебры для вычисления атомных свойств.
Опираясь на работы Паули «нерелятивистские спиновые системы», он предложил уравнение - как релятивистское уравнение движения для волновой функции от электрона . Эта работа также привела его к предсказанию существования позитрона (античастицы электрона, идентичного ему во всех аспектах, кроме его заряда, существование которого позднее наблюдал и подтвердил Карл Андерсон в 1932 году) и вещества - антивещества уничтожение, а также способствование объяснению происхождения квантового спинакак релятивистское явление. Он также отвечал за разработку нотации «бра-кет» (или нотации Дирака), стандартной нотации для описания квантовых состояний в теории квантовой механики , состоящей из угловых скобок (шевронов) и вертикальных черт.
Дирак много путешествовал, особенно в молодости, учился в различных зарубежных университетах, в том числе в Копенгагене, Геттингене, Лейдене, Висконсине, Мичигане и Принстоне, а также несколько раз посещал Советский Союз. В 1929 году, проведя пять месяцев в Америке, он продолжил путешествие по всему миру, посетив Японию (вместе с Гейзенбергом ), а затем вернулся в Британию через Сибирь.
Его книга 1930 года «Принципы квантовой механики» считается важной вехой в истории науки и быстро стала одним из стандартных учебников по этому предмету (и до сих пор используется). В книге Дирак объединяет предыдущую работу Гейзенберга по матричной механике и работу Эрвина Шредингера по волновой механике в единый математический формализм. Он получил свою долю в Нобелевской премии по физике 1933 года в значительной степени в результате книги.
В 1932 году он стал профессором математики в Лукасе - Кембридж, занимая этот пост в течение следующих 37 лет. В начале 30-х годов Дирак предложил идею поляризации вакуума и разработал область квантовой электродинамики (он первым использовал этот термин). В 1933 году он показал, что существование единственного магнитного монополя во Вселенной будет достаточно, чтобы объяснить наблюдаемое квантование электрического заряда (хотя до настоящего времени не было найдено убедительных доказательств существования физических магнитных монополей). В 1937 году он предложил умозрительную космологическую модель, основанную на так называемой «гипотезе больших чисел», которая, хотя и не получила признания в основной физике, была очень влиятельной среди сторонников других нестандартных космологий.
Дирак женился на Маргит «Манси» Вигнер (сестра венгерско-американского физика и математика Юджина Вигнера) в 1937 году. Он усыновил двоих детей Маргит - Джудит и Габриэля, и пара вместе родила еще двоих детей, Мэри и Флоренс. Он был известен как очень точный и упорядоченный человек, но застенчивый, скромный и молчаливый, и утверждалось, что его аутизм был решающим фактором для его успеха как физика-теоретика. Его важный вклад в физику был в значительной степени мотивирован принципами математической красоты, и он однажды сказал: «Бог использовал красивую математику в создании мира». Однако его цитируют так: «Я не признаю никаких религиозных мифов, хотя бы потому, что они противоречат друг другу», и он подверг резкой критике политическое манипулирование религией.
Кроме Нобелевской премии по физике - он также был награжден Королевской медалью (в 1939 году), медалью Копли и медалью Макса Планка (оба в 1952 году), в 1930 году был избран членом Королевского общества и Американского физического общества в 1948 году и был сделан членом Британского ордена "За заслуги" в 1973 году.
В 1960-х годах он разработал теорию «ограниченного квантования», идентифицируя общие квантовые правила для произвольных классических систем , и его квантово-полевой анализ колебаний мембраны в начале 1960-х оказался чрезвычайно полезным для современных практиков теории суперструн и его преемнику - М-теория.
После преподавания в качестве преподавателя математики в Лукаске – Кембридже, с 1932 по 1968 год он переехал во Флориду, чтобы быть рядом со своей дочерью Марией, и провел последние годы преподавания в Университете Майами в Корал-Гейблс и Университете штата Флорида в Таллахасси. Дирак умер 20 октября 1984 года в Таллахасси, штат Флорида, где он похоронен.