|
پل آدرين موريس ديرك
رياضي دان و فيزيك دان بريتانيايي (۸۳۱۹-۹۰۲۱)
Paul Adrien Maurice Dirac
فيزيك مكانيك كوانتوم ۳۱۹۳
ديرك، فرزند مردي از اهالي سوئيس، در بريستول انگلستان چشم به جهان گشود. پس از
فارغ التحصيلي در مهندسي برق از دانشگاه بريستول در سن ۱۹ سالگي به يك باره خود را
بيكار يافت. و چون نتوانست كاري پيدا كند، تقاضاي عضويت در دانشگاه كمبريج را كرد و
پذيرفته شد. كمتر از ده سال به دريافت جايزه نوبل، براي سهم مهمي كه در تاسيس
مكانيك كوانتومي داشت، نائل آمد. او در ۱۹۲۶ از دانشگاه كمبريج درجه دكترا گرفت و
پس از چندي به مقام استادي رياضي آن دانشگاه دست يافت و تا هنگام بازنشستگي اش در
۱۹۶۹ مقامش را حفظ كرد. و در ۱۹۶۱ استاد فيزيك دانشگاه فلوريدا شد.
ديرك نمونه اي بود از دانشمندي كناره گير، و هنوز هم چنين است، در حالي كه دوست
داشت با همكاران و رفقاي خود درباره مسافرتش به شرق يا هر موضوع ديگري صحبت كند،
ترجيح مي داد كه بررسي هايش را به تنهايي انجام دهد.
بازديدي كه وي از دانشگاه گوتينگن به عمل آورد، به علت پيش آمدن مسئله معماآميزي
بود كه فكر رياضيدانان و فيزيكدانان را به خود مشغول داشته بود. راه حل غيرعادي كه
ديرك براي حل آن مسئله يافت، مهارت وي را در ورزش هاي سريع ذهني نشان مي داد.
ديرك از ميان تمامي كشفيات رياضي خود، به خصوص به يكي از آنها مي باليد كه اتفاقا
آن يكي هيچ سهمي در شهرت و معروفيت وي نداشته است. وي ضمن صحبت با همسر يكي از
اعضاي دانشكده به شال گردني كه آن زن مي بافت چشم دوخته بود. پس از فراغت از كار
مطالعاتي سعي كرد حركت سريع سوزن بافندگي را در دست هاي آن زن در ذهن خود مجسم كند
و به اين نتيجه رسيد كه از طريق ديگري هم مي توان سوزن را به كار برد. شتابان نزد
آن خانم رفت تا كشف خود را به او بگويد: ولي معلوم شد كه اين طريقه را هم قرن هاست
كه خانم ها مي دانند.
اما اگر اين كشف را از دست داد در عوض سهم مهمي در تاسيس نظريه نسبيتي كوانتوم
داشت. مكانيك موجي كه در آن زمان چند سالي بيش از عمرش نگذشته بود، ابتدا توسط
شرودينگر در مورد حركت عادي (غيرنسبيتي) بيان شد يعني در مورد حركت ذراتي با سرعت
هاي كمتر نسبت به سرعت نور. فيزيكدانان نظري در تلاش بودند كه اين دو نظريه مهم را
به يكديگر پيوند دهند؛ نظريه نسبيت و نظريه كوانتوم. گذشته از اين، معادله موجي
شرودينگر الكترون را همچون نقطه اي در نظر مي گرفت و هرگونه تلاش براي آنكه معادله
به الكترون گرداني تعلق گيرد كه داراي خواص يك مغناطيس كوچك باشد به نتيجه رضايت
بخشي نرسيده بود.
در يادداشت معروفي كه به سال ۱۹۳۰ انتشار يافت، ديرك معادله جديدي را بيان كرد كه
اكنون به نام خود او خوانده مي شود. و به وسيله آن با يك تير دو نشان زد. اين
معادله در مورد تمام وسايل نسبيتي صدق مي كرد و به الكترون نيز، صرف نظر از سرعت
حركت آن تعلق مي گرفت. و در ضمن اين نتيجه از آن حاصل مي شود كه الكترون بايد به
صورت فرفره مغناطيسي شده كوچكي رفتار كند. معادله نسبيتي موجي ديرك پيچيده تر از آن
است كه بتوان در اين مختصر بدان پرداخت. اما بي ترديد كاملا درست است.
ولي معادله ديرك، با تمام حسني كه داشت، فورا به اشكالاتي بسيار جدي منجر شد و علتش
همان توفيقي بود كه در پيوند دادن نسبيت و كوانتوم به دست آورده بود. بنا بر نظريه
نسبيت، الكترون ها فقط مايلند كه از يك تراز انرژي به تراز ديگر بجهند، و در اين
جهش، انرژي خود را به شكل كوانتوم هاي نور صادر كنند، چرا نبايد بتوانند از تراز
پرانرژي به ترازهاي كم انرژي بجهند. تنها راهي كه ديرك به وسيله آن اين اشكال را
مورد بحث قرار داد اين بود كه فرض كرد تمام حالات انرژي منفي را الكترون هايي با
بار منفي پر كرده اند و الكترون هايي كه در حالت انرژي مثبت هستند بنا بر «اصل
اخراج پاولي» مجاز نيستند كه به حالات پايين بيايند. البته به اين مفهوم كه خلا
ديگر خلا نيست و پر شده از الكترون هايي با بار منفي كه در هر سو و با هر سرعت در
حركتند. در واقع هم هر واحد حجم خلاء بايد محتوي تعداد بي شماري از اين ذرات باشد.
در سال كه فيزيكدان آمريكايي، كارل اندرسن، الكترون هاي پرانرژي موجود در
رگبارهاي اشعه كيهاني را در يك «اتاق ابري» پي جويي مي كرد، با تعجب مشاهده كرد كه
عكس ها انحراف نيمي از الكترون ها را به يك سو نشان مي دهد، حال آنكه نيم ديگر به
سوي مخالف انحراف يافته اند. بنابراين مخلوطي به نسبت ۵۰ درصد از الكترون هايي با
بار مثبت و ۵۰ درصد از الكترون هايي با بار منفي وجود داشته است كه هر دو داراي يك
جرم بوده اند، الكترون هاي مثبت سوراخ هايي در اقيانوس پيشنهادي ديرك بوده اند كه
نتوانسته اند به مقام پروتون ها برسند. اما به سهم خود، همچون ذراتي نمايان شده
اند. آزمايش هايي كه با الكترون هاي مثبت، كه اغلب آنها را پوزيترون مي نامند،
انجام گرفت همه پيش گويي هاي متكي بر نظر ديرك را كاملا تاييد مي كند. ديرك در
نخستين ويرايش از اثر كلاسيك خود با عنوان «اصول مكانيك كوانتوم» را منتشر ساخت و
در جايزه نوبل فيزيك با شرودينگر سهيم شد
| 
