Paul Dirac

Paul Adrien Maurice Dirac, kuantum mekaniğini Einstein'ın özel görelilik kuramıyla buluşturan fizikçidir. 1928'de yazdığı elektron denklemi, hiç kimsenin aramadığı bir şeyin varlığını gösterdi: elektronun pozitif yüklü ikizi, yani pozitron. Carl Anderson 1932'de bu parçacığı gerçekten gözlemlediğinde karşıt madde fikri kuramdan gerçeğe dönüştü. Bugün evrende maddenin karşıt maddeye neden üstün geldiği sorusu, kozmolojinin en büyük açık sorularından biri olarak durur.

Erken yaşamı ve eğitimi

Dirac, 8 Ağustos 1902'de İngiltere'nin Bristol kentinde doğdu. Babası Charles Dirac, İsviçre'nin Saint-Maurice kasabasında doğmuş, Bristol'de Fransızca öğretmenliği yapan biriydi; annesi Florence Holten ise kütüphaneciydi. Aile 1919'a kadar İsviçre vatandaşıydı.

Bristol Üniversitesi'nde önce elektrik mühendisliği (1921), ardından matematik (1923) okudu ve iki bölümü de birincilikle bitirdi. Cambridge'deki St John's Koleji'nde Ralph Fowler'ın öğrencisi oldu; Haziran 1926'da tamamladığı doktora tezi, kuantum mekaniği üzerine yazılmış ilk tez olarak anılır.

Babası katı ve otoriter bir adamdı; ilişkileri hep gergin kaldı. Ağabeyi Reginald 1925'te intihar etti. Babasının ölümünden sonra Dirac, "Kendimi şimdi çok daha özgür hissediyorum" diye yazacaktı.

Bilime katkıları

Dirac, Heisenberg'in yeni kuantum mekaniğini hızla kavrayıp onu kendi zarif matematiksel diline aktardı. Enrico Fermi'nin adıyla birlikte anılan Fermi-Dirac istatistiği, elektron, proton ve nötron gibi parçacıkların topluca nasıl davrandığını anlatır; "fermiyon" ve "bozon" terimlerini de Dirac türetti.

1928'deki Dirac denklemi, elektronu hem kuantum mekaniğine hem de özel göreliliğe uygun biçimde tanımladı. Denklemin negatif enerjili çözümleri, sonunda pozitronun öngörülmesine yol açtı. 1930'da yayımladığı "Kuantum Mekaniğinin İlkeleri" kitabı, bugün de kullanılan klasik bir ders kitabıdır. Kuantum elektrodinamiği terimini ilk kullanan da oydu. 1931'de tek kutuplu bir manyetik parçacığın, yani manyetik monopolün varlığının elektrik yükünün neden belirli birimlerle geldiğini açıklayabileceğini gösterdi; böyle bir parçacık henüz bulunamadı.

1932'de Cambridge'de Lucasian Matematik Profesörlüğü'ne getirildi ve bu görevi 1969'a kadar sürdürdü. 1933 Nobel Fizik Ödülü'nü Erwin Schrödinger'le "atom kuramının yeni ve verimli biçimlerini keşfetmeleri" gerekçesiyle paylaştı.

Kariyerinin dönüm noktası Eylül 1925'te geldi. Danışmanı Fowler'ın gönderdiği Heisenberg makalesini okuduktan birkaç hafta sonra, makaledeki matematiksel yapının klasik mekanikteki Poisson parantezleriyle aynı biçime sahip olduğunu fark etti. Bu kavrayış, kuantum mekaniğini klasik fizikle bağlayan güçlü bir köprü kurdu. Doktorasından sonra Kopenhag ve Göttingen'de araştırmalarını sürdürdü; 1929'da Heisenberg'le birlikte Japonya'ya giderek Tokyo'da konferanslar verdi.

Uzay ve astronomiye etkisi

Dirac'ın gökbilimle bağı iki yönden kurulur. İlki doğrudandır: 1937'de evrenin temel sabitlerinden türetilen çok büyük sayılar arasındaki çarpıcı benzerliklerden yola çıkan "büyük sayılar varsayımı" adlı spekülatif bir kozmolojik model önerdi. Bu varsayım kabul görmese de doğanın sabitlerinin zamanla değişip değişmediği sorusunu gündeme taşıdı.

İkincisi dolaylıdır ama daha geniştir. Fermi-Dirac istatistiği, sıkışmış maddedeki parçacıkların aynı durumu paylaşamamasından doğan basıncı anlatır; beyaz cüceler ve nötron yıldızları gibi yoğun gök cisimlerinin yapısı bu istatistikle hesaplanır. Pozitronun öngörülmesi ise karşıt maddeyi gökyüzünde aramayı, örneğin yüksek enerjili gök olaylarında oluşan pozitronları incelemeyi mümkün kıldı. Dirac ayrıca kütleçekim alanının kuantumlanması üzerine de çalıştı.

Kişiliği

Dirac az konuşmasıyla ünlüydü. Meslektaşları şaka yollu "bir dirac"ı saatte bir sözcük olarak tanımlamıştı. Niels Bohr onu enstitüsünü ziyaret eden "en tuhaf adam" diye anlatırken, Einstein 1926'daki bir mektubunda dâhilikle delilik arasındaki ince çizgiden söz ederken Dirac'ı kastediyordu. 1956'da Moskova Devlet Üniversitesi'nde bir kara tahtaya, fizik yasalarının matematiksel güzelliğe sahip olması gerektiğini yazdı.

1937'de fizikçi Eugene Wigner'in kız kardeşi Margit Wigner'le evlendi; eşinin önceki evliliğinden olan iki çocuğunu da kendi çocukları gibi büyüttü, çiftin ayrıca iki kızı oldu.

Din konusundaki görüşleri de ilgi çekti. 1927 Solvay Konferansı'nda Wolfgang Pauli, Dirac'ın dininin "Tanrı yoktur ve Dirac onun peygamberidir" olduğunu söyleyerek şaka yaptı. Dirac ise 1963'te Scientific American'da yayımlanan bir yazısında Tanrı'nın "çok üst düzey bir matematikçi" olabileceğini yazdı. Tüm hafta çalışır, yalnızca pazar günleri uzun ve yalnız yürüyüşlere çıkardı.

Mirası

1969'da Cambridge'den emekli olduktan sonra ABD'ye taşındı; Florida Eyalet Üniversitesi'nde önce misafir, 1972'den itibaren tam zamanlı profesör olarak çalıştı. 20 Ekim 1984'te Tallahassee'de öldü. 13 Kasım 1995'te Westminster Abbey'de, üzerinde Dirac denkleminin yazılı olduğu bir anma taşı açıldı.

Bilmeye değer

• Royal Society'ye 1930'da üye seçildi; Copley Madalyası'nı 1952'de aldı.
• İkinci Dünya Savaşı sırasında İngiltere'nin nükleer programı Tube Alloys için gaz santrifüjüyle uranyum zenginleştirme üzerine kuramsal çalışmalar yaptı.
• 1983'te keşfedilen 5997 Dirac asteroidi onun adını taşır.
• Fizikte yaygın kullanılan "bra-ket" gösterimi ve Dirac delta fonksiyonu da ona aittir.

Kaynak: Wikipedia (İngilizce): Paul Dirac

Fotoğraf: Willy Pragher, Landesarchiv Baden-Württemberg · CC BY 3.0 DE · Wikimedia Commons