Για όσους δεν γνωρίζουν τίποτα για τον Άγγλο θεωρητικό φυσικό Paul Dirac:
Τον έχουν συγκρίνει συχνά με έναν από τους πατέρες της φυσικής, τον Sir Isaac Newton. Και οι δύο ήταν ιδιοφυείς μαθηματικοί. Έκαναν τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις τους στα είκοσι τους. Και οι δύο κατείχαν την έδρα Μαθηματικών του στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ.
Αλλά μερικοί μπορεί να θεωρούν τον Ντιράκ ακόμη μεγαλύτερο επιστήμονα για πολλούς λόγους.
Ενώ ο Νεύτων, στην εποχή του, ασχολήθηκε πολύ με ψευδοεπιστήμες όπως η αλχημεία, προσπάθησε ακόμη και να συμφιλιώσει την επιστήμη με την πίστη μέσω των γραπτών του, ο Πολ Ντιράκ, από την άλλη πλευρά, ένας ξεκάθαρος αγνωστικιστής , παρέμεινε πιστός στην επιστημονική πορεία και συνέχισε να κάνει πολλές σημαντικές συνεισφορές στη θεωρία των πάντων.
Επιπλέον, ο Newton θεωρούνταν αλαζονικός, πολύ γεμάτος από τον εαυτό του, ο οποίος συχνά χρησιμοποιούσε την εξουσία του για να απορρίψει τις απόψεις των άλλων.
Ο Ντιράκ, από την άλλη πλευρά, ήταν ένας αδύνατος, πράος, ντροπαλός νεαρός, ο οποίος υπέφερε από αγωνίες αν αναγκαζόταν σε κάθε είδους κουβέντα. Δημιούργησε τον όρο Fermion μετά τον Ιταλό φυσικό Enrico Fermi, παρά το γεγονός ότι είχε εργαστεί στην εξίσωση που διέπει τη συμπεριφορά των Fermions. Ιδού λοιπόν μια μικρή πληροφορία για τον άνθρωπο που ήταν ο Πολ Ντιράκ.
Δυστυχώς, σχεδόν κανείς δεν γνωρίζει τίποτα για το ποιος ήταν ή τι έκανε στην επιστημονική του καριέρα.
Ακόμα κι έτσι, το έργο του είναι πρωταρχικής σημασίας για τα ηλεκτρονικά, ειδικά για το πώς τα ηλεκτρόνια ρέουν στο τρανζίστορ, συσκευές που αποτελούν τα δομικά στοιχεία κάθε σύγχρονου υπολογιστή.
Επιπλέον: η μεγαλύτερη ανακάλυψή του, η πρόβλεψη του αντισωματιδίου, ενέπνευσε πολλούς συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας να δημιουργήσουν έναν κόσμο καθρέφτη στις ιστορίες τους, η σύγκρουση του οποίου με τον πραγματικό κόσμο, θα οδηγούσε σε πολλές καταστροφικές δραστηριότητες στη ζωή τους.
Αυτό βασίζεται στο έργο του Ντιράκ ότι όταν συγκρούονται ύλη και αντιύλη, εξαϋλώνει (εκμηδενίζει) το ένα το άλλο.
Στις αρχές του εικοστού αιώνα, ο Ντιράκ, ο οποίος μόλις είχε ολοκληρώσει το πτυχίο μηχανικής του, ήταν άνεργος. Αυτό όμως τον έκανε να επιλέξει τα μαθηματικά ως καριέρα και ευτυχώς που το έκανε! Επειδή, μια μεγάλη κβαντική επανάσταση ήταν σε εξέλιξη και ο Ντιράκ, ο οποίος είχε παραμείνει απλώς παρατηρητής, ήθελε να γίνει μέρος της.
Όλοι εκείνη την εποχή μιλούσαν για έναν νεαρό Αυστριακό φυσικό, τον Έρβιν Σρέντινγκερ, ο οποίος είχε βρει μια κυματική εξίσωση που εξηγούσε τη συμπεριφορά του ηλεκτρονίου μέσα σε ένα άτομο. Η εξίσωση κύματος, έδινε την πιθανότητα εύρεσης του ηλεκτρονίου σε οποιοδήποτε δεδομένο σημείο μέσα στο άτομο.
Πώς ο Paul Dirac προέβλεψε την αντιύλη
Ο Ντιράκ συνειδητοποίησε ότι η κυματική εξίσωση του Σρέντινγκερ δεν ήταν σύμφωνη με την ειδική θεωρία της σχετικότητας.
Με άλλα λόγια, παρόλο που η εξίσωση ήταν αρκετή για να περιγράψει την κίνηση του ηλεκτρονίου με χαμηλή ταχύτητα, δεν ήταν ακόμη σε θέση να κάνει το ίδιο σε ταχύτητες που πλησιάζουν αυτήν του φωτός. Ο Ντιράκ ανέλαβε αυτή την πρόκληση για να βρει μια λύση για αυτό.
Σε αντίθεση με άλλους φυσικούς, εκείνοι που επέμεναν ότι οι αποκαλύψεις στη φυσική πρέπει να στηρίζονται σταθερά σε πειραματικά δεδομένα, (και δικαίως) ο Dirac στηρίχθηκε σε μεγάλο βαθμό στη μαθηματική συνέπεια.
Σε αυτόν, αν η εξίσωση που βρήκε είχε μαθηματική ομορφιά, τότε απλά υπέθετε ότι πήγαινε στο σωστό δρόμο. Ο Πολ Ντιράκ ήταν περισσότερο μαθηματικός παρά σκληρός φυσικός.
Μετά από πολλά χρόνια, το 1928, ο Ντιράκ τροποποίησε την εξίσωση του Σρέντινγκερ για να γίνει συμβατή με την ειδική σχετικότητα του Αϊνστάιν. Η πρωτοποριακή εξίσωσή του καθόρισε επίσης τις έννοιες της περιστροφής και της μαγνητικής ροπής του ηλεκτρονίου.
Κατά την ανάπτυξη της εξίσωσής του, ο Ντιράκ συνειδητοποίησε ότι η περίφημη σχέση ενέργειας-μάζας του Αϊνστάιν, E = mc², ήταν μόνο εν μέρει σωστή. Ο σωστός τύπος, ισχυρίστηκε, θα πρέπει να είναι E = ± mc², το σύμβολο μείον επειδή κάποιος πρέπει να πάρει την τετραγωνική ρίζα του E² = m²c4 , πράγμα που ήταν μια λεπτή διόρθωση πράγματι.
Αλλά τότε, σύμφωνα με ένα αξίωμα της φυσικής, τα σωματίδια της ύλης τείνουν πάντα στην κατάσταση της χαμηλότερης ενέργειας – για σταθερότητα. Επομένως, το αρνητικό πρόσημο στο mc² σημαίνει ότι όλα τα ηλεκτρόνια πέφτουν σε απείρως μεγάλη αρνητική ενέργεια. Δηλαδή, ένα ηλεκτρόνιο σε θετική ενεργειακή κατάσταση (δεσμευμένο ή ελεύθερο) θα πρέπει να μπορεί να εκπέμπει φωτόνιο και να κάνει μετάβαση σε αρνητική ενεργειακή κατάσταση. Αυτή η διαδικασία θα μπορούσε να συνεχιστεί για πάντα εκπέμποντας άπειρη ποσότητα φωτός!
Σαφώς, αυτό δεν συμβαίνει στο πραγματικό, σταθερό σύμπαν. Τα πραγματικά ηλεκτρόνια δεν συμπεριφέρονται με τέτοιον τρόπο.
Έτσι, αυτό έκανε τον Ντιράκ να σκεφτεί μια λύση στο πρόβλημα: πρότεινε ένα θεωρητικό μοντέλο που ονομάζεται Θάλασσα Ντιράκ στο οποίο φαντάστηκε ότι όλες οι αρνητικές ενεργειακές καταστάσεις είχαν ήδη καταληφθεί, πράγμα που σημαίνει ότι ένα ηλεκτρόνιο σε θετική κατάσταση δεν μπορούσε να πέσει σε αρνητική ενέργεια (αφού σύμφωνα με την απαγορευτική αρχή του Pauli, κανένα ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να μοιράζεται μία μόνο ενεργειακή κατάσταση).
Εάν δοθεί αρκετή ενέργεια σε ένα σωματίδιο αυτής της θάλασσας με αρνητική ενέργεια, είναι πιθανό να ανέβει σε θετική ενεργειακή κατάσταση. Μια προκύπτουσα «τρύπα» θα δημιουργηθεί τότε στη θάλασσα αρνητικής ενέργειας. Αυτή η “τρύπα” θα πρέπει να έχει την ίδια μάζα με το αρχικό ηλεκτρόνιο, αλλά να συμπεριφέρεται σαν ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο.
Ο Ντιράκ έγραψε το 1931, αφού προτάθηκε από τον Οπενχάιμερ, ότι αυτή η τρύπα ήταν αντι-ηλεκτρόνιο. Ένας επανασυνδυασμός με ηλεκτρόνιο θα πρέπει να εξαϋλώσει και τα δύο. Επειδή, όταν το ηλεκτρόνιο έρχεται σε επαφή με την τρύπα γεμίζει αυθόρμητα την τρύπα και κατά συνέπεια πρέπει να απελευθερώσει την περίσσεια ενέργειας.
Το 1932, ενώ εξετάζει τη σύνθεση των κοσμικών ακτίνων, σωματίδια υψηλής ενέργειας που κινούνται στο διάστημα σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός, ο Αμερικανός φυσικός Καρλ Άντερσον ανακάλυψε το αντιηλεκτρόνιο (ποζιτρόνιο).
Παρατήρησε ότι ένα συγκεκριμένο σωματίδιο στην ακτίνα συμπεριφέρθηκε εκτός συνηθισμένου. Η τροχιά πρότεινε ότι έπρεπε να είναι θετικά φορτισμένο αλλά ταυτόχρονα να έχει το 1/1836 της μάζας ενός πρωτονίου, ακριβώς αυτή ενός ηλεκτρονίου.Την επόμενη χρονιά η ανακάλυψη του ποζιτρονίου και η πρόβλεψη του Ντιράκ για την ύπαρξη αντιύλης επιβεβαιώθηκε.
Στη διάλεξή του για το Νόμπελ του 1933, ο Ντιράκ πρότεινε ότι το σωματίδιο-αντισωματίδιο πρέπει να αποτελεί θεμελιώδη συμμετρία της φύσης. Ερμήνευσε την “εξίσωση Dirac” που σημαίνει ότι για κάθε σωματίδιο υπήρχε ένα αντίστοιχο αντισωματίδιο, που έχει ακριβώς τη μάζα του σωματιδίου, αλλά με αντίθετο φορτίο.
Το 1955, το αντιπρωτόνιο ανακαλύφθηκε από τους φυσικούς του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, Μπέρκλεϋ.
Η επιτυχία της εξίσωσης Dirac δείχνει ότι ένα μαθηματικό αποτέλεσμα μπορεί να εκδηλωθεί στον πραγματικό κόσμο.
Ο Πολ Ντιράκ είχε πει κάποτε:
«Αν είσαι δεκτικός και ταπεινός, τα μαθηματικά θα σε οδηγήσουν από το χέρι». Αυτό είναι λίγο πολύ αλήθεια. Το έργο του έχει περιγραφεί πλήρως στο ίδιο επίπεδο με τα έργα του Νεύτωνα, του Μάξγουελ και του Αϊνστάιν πριν από αυτόν.
Ο Ντιράκ ήταν αναμφίβολα ιδιοφυΐα.
https://www.wondersofphysics.com/2020/07/this-is-how-dirac-predicted-antimatter.html?m=1