Kuantum Fiziği Öncüsü Paul Dirac

Paul Dirac bilindiği gibi kuantum mekaniğinin öncülerindedir (hatta Einstein bu konuda şunları söylemektedir; kuantum fiziğinin mantıksal olarak en büyük sunumunu Paul Dirac’a borçluyuz).

Dirac 8 ağustos 1902’de Bristol/İngiltere’de doğmuştur. Dirac babasının yönlendirmesi sonucu elektrik mühendisliği okur, hatta hiç kullanmayacağı diplomasıyla mezun olur, daha sonra ise okuduğu Bristol üniversitesinden matematik okumak için 2 yıllık bir burs ister ve bu isteği kabul edilir. Anlatılanlara göre ileri matematik bilgilerinin çoğusunu Dirac burada öğrenmiştir. Daha sonra Cambridge’te Ernest Rutherford gibi bilim insanlarının çalışmalarıyla tanışır. Burada atom fiziği üzerine önce Rutherford sonrada Bohr ve onun hidrojen atomu modelini geliştiren Sommerfeld atom modelleriyle tanışır ve daha sonrada Einstein’ın özel görelilik kuramıyla (daha sonra ise elektronun göreli durumunu bu kuramdan türetecektir).
Dirac denklemlerde güzellik arayan birisidir, şöyle ki ona göre bir denklem güzelse aynı zamanda gerçektir de (tabi bu sözlerden neyi kastettiğini tam olarak bilmiyoruz bildiğimiz tek şey güzel denklemlerin aynı zamanda gerçekliği de yansıttığı düşüncesidir). Dirac sessiz ve sakin biri olarak tanınmıştır öyle ki bir gazete muhabiriyle konuşmaları gazete muhabirini açıkçası çileden çıkarmıştır, Dirac’a ne kadar konuşması için ısrar edip üstelese de yinede Dirac herhangi bir konuda konuşmama sözünü vermiştir kendine, yine Bohr’la bir diyaloğu da şu şekildedir;Bohr: teoriniz ne üzerine sorunca, Dirac’ta !rölativistik bir elektron kuramı üzerine’ cevabını vermiş, Bohr’da o konuyu Klein çözdü deyince, Dirac soğukkanlılıkla ‘sanmıyorum’ yanıtını vermiştir, bu konuşmamazlığın nedenini bilmiyoruz fakat küçük yaşta kardeşini kaybetmesi ve birde kendini bu dünyaya çileci olarak geldiği düşüncesi bu duruma neden olmuş olabilir (Dirac için minimalist yorumları yapılır genelde ve birde babası onu zorla Fransızca konuşturmaya zorlaması bunu tetiklemiş olabilir).
Dirac’ın bilim açısından önemi ise Einstein’ın özel görelilik ve kuantum mekaniğini birleştirmiş olmasıdır, bu da elektronun göreli olduğu denklemini çıkarmıştır ortaya. Bu denklemden çıkan sonuçlar ise ilginçtir, çünkü yazdığı denklemin iki sonucu vardır birisi elektrona işaret ederken, diğeri ise bunun yük hariç (elektrik yükü zıttır) bütün özellikleriyle elektrona benzemesidir. Tabi bu durum denklem açısından uygun olsa da o anki kuantum mekaniği açısından ve diğer bilim insanlarınca sorun yaratmaktadır, çünkü bu durum muhtemelen denklemin iyi yazılmadığı sonucunda çıkmıştı. Oysa Dirac denklemine güvenmektedir, ne kadarda olumsuz tepkiler alsa da, bir dönem Japonya’ya giden Dirac ve yakın arkadaşı Heisenberg burada oldukça fizik tartışmalarından uzak kalmaktadırlar çünkü konu elektronun karşıt parçacığı olan pozitrona gelince muhtemelen şiddetli tartışma içerisine girecekler, bu yüzden hiçbir şekilde bu konulara girmiyorlar, bu dönemde bu durumun teorik sonuçlarından yine kendi hipotezini türeten Dirac elektronun karşıt parçacığını proton olarak düşünür oysa bu durum Oppenheimer’in de pozitron üzerine yaptığı açıklamalara uymamaktadır, çünkü elektron pozitron ile etkileşince iki fotona ayrılmaktadır oysa bu durum protonla elektron arasında söz konusu değildir.

Yıl 1932 bu dönemde Carl Anderson adında bir bilim insanı kozmik ışınlar altında birçok deney tasarlamaya çalışmıştır, onlardan biride pozitron keşfetme deneyidir, teori Dirac tarafından yapılsa da Anderson pozitron düşüncesini ondan almadığını söylemektedir, bu ne kadar doğru orası tartışılır ve daha sonra ise Anderson bu ilginç parçacık olan pozitronu keşfeder, ondan öncesinde ise Heisenberg matris mekaniğini, Schrödinger ise kendi dalga mekaniğini keşfetmiştir, Dirac ise bunların aslında aynı şeyler olduğunu göstermiş bu da kuantum kuramı açısından önem arz etmektedir.
Paul Dirac, 1937 yılında Macar Yahudi Amerikan fizikçi ve matematikçi Eugene Wigner‘ın kızkardeşi Margit ile evlendi. Evlendikten sonra Margit’in önceki evliliğinden olan Judith ve Gabriel adlarındaki iki çocuğunu nüfusuna geçirdi. Ve Mary Elizabeth ile Florence Monica isimlerinde iki kızı oldu.

1972 yılına kadar İngiltere’de yaşadı. Büyük kızı Mary’ye yakın olmak için ABD. Florida‘ya taşındıktan sonra Dirac hayatının son oniki yılını Tallahassee, Floridadaki Florida Eyalet Üniversitesi’nde geçirdi.
Paul Dirac, 20 Ekim 1984 tarihinde ABD, Florida, Tallahassee’de 82 yaşında ölmüştür.
1997 yılında Florida Eyalet Üniversitesi’nde son doktora öğrencilerinden Dr.Bruce Hellman teorik fizikteki önemli çalışmaları ödüllendirmek için Dirac’ın adına Dirac-Hellman ödülü’nü başlattı. Aynı zamanda Uluslararası Teorik Fizik Merkezi de Dirac ödülü adında bir ödül vermeye başladı. 1995 yılında Londra’daki Westminster Abbey’de onuruna hazırlanan, üzerinde Dirac denkleminin olduğu bir plaka Stephen Hawking’in konuşmasıyla açıldı. Babasının memleketi olan İsviçre Saint-Maurice’te tren istasyonun karşısına, Dirac onuruna bir hatıra parkı yapıldı.
Dirac 1932’den 1969’a kadar Cambridge’de Matematik Lucasian Profesörlüğü onursal ünvanını elinde tuttu. II. Dünya Savaşı sırasında gaz santrifujü kullanarak uranyum zenginleştirme üzerine teorik ve deneysel çalışmalar yürüttü. 1937’de Dirac büyük sayıları hipotezi üzerine kurulu kozmolojikmodelini geliştirdi. Dirac, “İyi bir teori olarak kabul ettiğimiz kuantum teorisinde sonsuzlukları ihmal ediyor olmamız beni çok rahatsız ediyor. Bu mantıklı değil. Mantıken matematikte bir değeri çok küçük olduğu için ihmal edersiniz, sonsuz büyüklükte olduğu ve onu istemediğimiz için değil.” diye yazmıştı. Kuantum alan teorisinde ortaya çıkan sonsuzluklarla başa çıkmak için kullanılan renormalizasyon yaklaşımından hiç memnun değildi ve bu konudaki çalışmaları gitgide ana akımın dışında kalmaya başladı. Büyük kızı Mary’ye yakın olmak için Florida’ya taşındıktan sonra Dirac hayatının son 10 yılını Tallahassee, Floridadaki Florida Eyalet Üniversitesi’nde geçirdi.

Öğrencilerinden John Polkinghorne Dirac’a temel inancının ne olduğunun sorulduğunu hatırlıyor. “Tahtaya yürüdü ve doğa kanunlarının güzel denklemlerle ifade edilmesi gerektiğini yazdı.”

Paul Dirac Önemli Eserlerinden Bazıları

1930 Principles of Quantum Mechanics: Bu kitap kuvantum mekaniği kavramlarını büyük kısmını Dirac’ın kendi geliştirdiği modern metotla anlatıyor. Kitabın sonlarına doğru öncülüğünü yaptığı elektronun göreli teorisinden de bahsediyor. Bu eser o zamanlar kuantum mekaniği üzerine yazılmış hiçbir yayını kaynak göstermemiştir.

1966 Lectures on Quantum Mechanics: Çoğunlukla eğri uzay zaman’da kuantum mekaniği ile ilgili bir kitap. Dirac’ın 1964’te New York’ta Yeshiva University’de verdiği derslerin notlarından derlenmiştir.

1975 General Theory of Relativity: Bu 68 sayfalık eser Einstein’ın genel görelilik teorimini özetliyor.

Paul Dirac öldükten sonra iki önemli fizik kurumu ödül verme işi başlattı. Bunlardan birincisi Birleşik Krallığın profesyonel fizikçilerinden oluşan Fizik enstitüsü adına Paul Dirac Madalyası’nı düzenledi. Bu madalyayı alan ilk kişi 1987 yılında Stephen Hawking oldu. İkinci kurum, Abdus Salam Uluslararası Teorik Fizik Merkezi (ICTP) ICTP her sene Paul Dirac’ın doğum gününde verilen Dirac Madalyasını düzenledi.