Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Сказка о молчаливом Поле Дираке, открывшем мир античастиц

Ник. Горькавый

«Космические сыщики» — новая книга писателя, доктора физико-математических наук Николая Николаевича Горькавого. Её герои знакомы читателям по научно-фантастической трилогии «Астровитянка» и научным сказкам, опубликованным в журнале в 2010—2014 гг.; в №№ 1, 4—7, 9, 2015 г.; в №№ 1, 2, 2016 г.

Очередная сказка, которую рассказала перед сном своим детям принцесса Дзинтара, началась с небольшого вступления.

— Человеческий характер во многом закладывается в детстве. Так произошло и с Полем Дираком. Он родился в Англии, его отец, швейцарец, преподавал в Бристоле французский язык и требовал, чтобы дома все разговаривали только по-французски. Для англоязычных детей, а их в семье было трое, это оказалось непростым делом, поэтому мальчик рос молчаливым, склонным к уединённым размышлениям.

В шестнадцать лет Поль поступил в Бристольский университет на инженерный факультет, хотя его любимым предметом была математика. В дальнейшем, когда Дирак стал выдающимся физиком-теоретиком, он всё равно высоко ценил своё инженерное образование. «Раньше я видел смысл лишь в точных уравнениях. Мне казалось, что если пользоваться приближёнными методами, то работа становится невыносимо уродливой, в то время как мне страстно хотелось сохранить математическую красоту. Инженерное образование, которое я получил, как раз научило меня смиряться с приближёнными методами, и я обнаружил, что даже в теориях, основанных на приближениях, можно увидеть достаточно много красоты… Если бы не инженерное образование, я, наверное, никогда не добился бы успеха в своей последующей деятельности…»

Перед окончанием университета Поль проходил практику на одном из машиностроительных заводов, но там не были впечатлены талантами новоиспечённого инженера-электротехника и работу ему не предложили.

— Я так понимаю, что это стало огромным благом и для него, и для науки? — заметил Андрей.

— Полагаю, да. Если бы Дирак ушёл в инженерную деятельность, вряд ли бы он занялся фундаментальной наукой.

Оставшись без работы, Дирак увлёкся общей теорией относительности, с основами которой познакомился ещё во время учёбы в университете. Поль проштудировал знаменитую книгу по теории относительности английского физика-теоретика Артура Эддингтона и даже беседовал с её автором — признанным экспертом в этой области. Параллельно Поль два года занимался математикой в Бристольском университете, посещая его как вольно-слушатель. После блестящей сдачи экзаменов Дирак получил университетскую стипендию и грант от отдела образования Бристоля. Эти средства позволили ему продолжить образование в аспирантуре Кембриджского университета.

Случилось так, что в Кембридже его научным руководителем стал профессор, английский физик-теоретик, астрофизик и математик, специалист по статистической механике Ральф Говард Фаулер. Сначала Дирак был разочарован, но это быстро прошло. Фаулер познакомил молодого человека с идеями Нильса Бора и концепциями зарождающейся атомной физики. Дирак увлёкся новой темой. Впоследствии он писал: «Помню, какое огромное впечатление произвела на меня теория Бора. Я считаю, что появление идей Бора было самым грандиозным шагом в истории развития квантовой механики. Самое неожиданное, самое удивительное заключалось в том, что столь радикальное отступление от законов Ньютона дало такие замечательные плоды».

Свою диссертацию Дирак так и назвал: «Квантовая механика». На него сильное впечатление произвела лекция одного из её создателей — немецкого физика Вернера Гейзенберга, которую тот прочитал в Кембридже летом 1925 года. Дирак переписывался с Гейзенбергом, изучал его работы. «У меня есть наиболее веские причины быть почитателем Вернера Гейзенберга, — писал он. — Мы учились в одно время, были почти ровесниками и работали над одной и той же проблемой. Гейзенберг преуспел там, где у меня были неудачи. К тому времени накопилось огромное количество спектроскопического материала, и Гейзенберг нашел правильный путь в его лабиринте. Сделав это, он дал начало золотому веку теоретической физики…»

За несколько лет Дирак опубликовал ряд статей, которые вместе с работами Гейзенберга и ещё одного из создателей квантовой механики, австрийского физика-теоретика Эрвина Шрёдингера стали основой новой квантовой механики. Один из результатов, полученных Дираком, оказался особенно впечатляющим. Он сумел получить релятивистское уравнение для электрона…

— А что означает релятивистское уравнение? — спросила Галатея.

— Это уравнение, которое описывает движение тел при самых больших скоростях, но, разумеется, меньших, чем скорость света, ведь ни одному материальному телу, в том числе электрону, теория относительности не разрешает обгонять свет. К нерелятивистским уравнениям относятся, например, уравнения динамики Ньютона, — они описывают движение тел со скоростями, гораздо меньшими, чем скорость света.

В то время релятивистского уравнения для электрона не существовало. Дирак вспоминал: «…при согласовании квантовой механики с теорией относительности возникли трудности. Я был очень озабочен ими в то время, но других физиков по какой-то непонятной мне причине эти проблемы совершенно не волновали».

Дирак долго не мог получить нужную формулу. Он писал: «В течение нескольких месяцев эта задача оставалась нерешённой, и ответ возник совершенно неожиданно, явив собой один из примеров незаслуженного успеха».

— Как это «ответ возник неожиданно»? И почему этот успех Дирак называет незаслуженным? — спросила Галатея.

— Дирак поскромничал. Успех приходит лишь к тому, у кого много знаний и кто долго думает над решением задачи. Неожиданным бывает только конкретное решение, когда все части головоломки встают на свои места. Незаслуженным могут считать свой успех только очень скромные люди. Когда природа открывает им свои секреты, они могут считать это счастье незаработанным. Дирак был именно таким человеком. Он часто повторял, что уравнения должны быть красивыми и что у красивой теории гораздо больше шансов оказаться правильной. Итогом размышлений Дирака стало уравнение, которое описывало электрон и его спин. Сейчас его называют уравнением Дирака.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Рассказы о науке»