„Şi apare Dirac", scrie Abraham Pais despre momentul de răscruce istoric din deceniul al treilea al secolului XX, când Paul Dirac a devenit personalitatea centrală care a marcat dezvoltarea mecanicii cuantice. Aşa cum Werner Heisenberg şi Erwin Schrodinger elaboraseră ecuaţiile care descriau comportamentul particulelor la nivel subatomic, în 1927 Dirac a formulat o „teorie a câmpului" care descrie natura luminii la interacţiunea cu materia - o realizare extraordinară în istoria ştiinţei.

Iar în 1928 el a descoperit, folosind principii relativiste, o ecuaţie pentru prezicerea comportamentului unui electron - un prim pas de mare importanţă pentru dezvoltarea teoriei moderne a electrodinamicii cuantice. Dirac a mai prezis şi existenţa pozitronului, „perechea" pozitiv încărcată a electronului încărcat cu sarcină electrică negativă.

De fapt, pozitronul a fost detectat pentru prima oară în 1932 - prima dintre numeroasele „antiparticule" esenţiale lipsite de masă prezise de mecanica cuantică. Dirac a exercitat o influenţă considerabilă asupra fizicii, dar el s-a limitat doar la formularea unor ecuaţii abstracte; i-a lipsit interesul încărcat de pasiune al lui Niels Bohr, Heisenberg sau Scrodinger faţă de implicaţiile filozofice ale noii fizici.

Paul Adrien Maurice Dirac s-a născut la Bristol, Anglia, în ziua de 8 august 1902, în casa părinţilor săi Charles Adrien Ladislav Dirac şi Florence Hannah Dirac, născută Holten. Relaţia dintre Dirac şi tatăl lui, care era de origine elveţiană şi preda franceza, a fost considerabil îngreunată de mania pentru disciplină a acestuia din urmă, astfel că mediul familial i-a afectat foarte mult psihicul.

Dirac, care ca adult era deosebit de tăcut, avea să explice mai târziu că tatăl său nu punea nici un preţ pe contactele sociale şi în plus insista ca micul Paul să-i vorbească exclusiv în franceză, o limbă pe care copilul o cunoştea foarte puţin. „Prin urmare, ajunsesem să nu mai scot un cuvânt dacă nu eram întrebat. Am fost un introvertit şi îmi petreceam timpul gândindu-mă la problemele naturii." În 1935, la moartea tatălui său, Dirac îi scria soţiei lui, Margit: „Acum mă simt mult mai liber".

În timp ce urma cursurile colegiului Merchant Venturer, şcoala secundară unde preda tatăl său, Dirac a dovedit aptitudini excepţionale pentru matematică. La colegiul din Bristol, el a studiat ingineria electrică, deşi subiectul îl interesa destul de puţin, şi în 1921 şi-a luat bacalaureatul în ştiinţe cu rezultate excepţionale.

Nereuşind să-şi găsească de lucru după absolvire din cauza ratei ridicate a şomajului din Anglia, a primit aprobarea de a continua studiul matematicii la Bristol. Capacităţile lui excepţionale nu au trecut neobservate şi în 1923 a obţinut o bursă care i-a permis să-şi continue studiile în domeniul cercetării la St. John's College, Cambridge. Aici l-a cunoscut pe Niels Bohr şi a studiat teoria atomică.

Marea importanţă a lui Dirac pentru mecanica cuantică se datorează şi unui context istoric favorabil, fiindcă el a sosit la Cambridge într-un moment de criză acută a teoriei cuantice. Deşi modelul atomic Bohr-Rutherford fusese conceput pe baza ideilor din mecanica cuantică, noua teorie nu putea prezice comportamentul electronului nici măcar în vecinătatea celui mai simplu atom, respectiv atomul de hidrogen.

Examinând particule al căror diametru era mai mic de o miliardime de centimetru, fizicienii atinseseră limitele percepţiei umane. Mecanica matricială şi mecanica ondulatorie, cele două soluţii ale mecanicii cuantice, aveau o esenţă matematică şi contraziceau în multe privinţe intuiţia, spre deosebire de fizica clasică. Ele au fost dezvoltate separat de către Werner Heisenberg, în 1925, şi Erwin Schrodinger în 1926 - şi tocmai acesta a reprezentat momentul intrării în scenă a lui Dirac.

În 1925, Dirac şi-a adus prima sa contribuţie la teoria cuantică atunci când a văzut o ciornă a primului articol despre mecanica matricială scris de Heisenberg. Dirac a recunoscut în aparatul matematic unele similitudini cu o formulare clasică obscură din secolul al XIX-lea, a derivat o formulă echivalentă şi i-a scris lui Heisenberg, provocând o mare agitaţie la Gottingen.

Şi când, după câteva luni, ecuaţiile lui Schrodinger au arătat că electronii pot fi văzuţi şi ca nişte pachete de unde în jurul nucleelor atomice, Dirac a fost în măsură să demonstreze că mecanica clasică poate fi considerată un caz special al mecanicii cuantice.

Dirac şi-a conceput teza de doctorat pe baza mecanicii matriciale a lui Heisenberg şi şi-a luat doctoratul în fizică la St. John's College, Cambridge, în 1926. În primăvara acelui an el a plecat din Anglia ca să se întâlnească şi să colaboreze cu Heisenberg în Germania, precum şi cu Niels Bohr la Copenhaga. Până în toamnă a reuşit să elaboreze o „teorie a transformării" care unifica mecanica matricială şi mecanica ondulatorie într-o singură ecuaţie abstractă.

În 1927, teoria sa a fost prezentată la a cincea Conferinţă Solvay de la Bruxelles, unde s-au purtat numeroase discuţii pe marginea ei. În general, fizicienii îl considerau pe Dirac în acelaşi timp convingător şi greu de urmărit. Erwin Schrodinger, de exemplu, i se plângea lui Bohr că Dirac „habar n-are cât de dificile sunt articolele lui pentru o fiinţă omenească obişnuită".

Una dintre limitările noii teorii cuantice era aceea că, deşi descria destul de bine electronii care se deplasau cu viteze mici, dădea greş în cazurile în care electronii se mişcau cu viteze apropiate de cea a luminii, aşa cum se întâmplă de fapt frecvent. Şi, cu toate că mecanica ondulatorie şi cea matricială ar putea da rezultate exacte pentru atomii aflaţi în stări simple, ce se întâmplă când, de exemplu, lumina „ricoşează" de un perete?

Pentru a descrie acest tip de evenimente trebuie folosită teoria relativităţii a lui Einstein, astfel că, spre sfârşitul anului 1926, Dirac a început să lucreze la o ecuaţie în conformitate cu aceste exigenţe. Rezultatul s-a concretizat într-o „teorie a câmpului" şi un articol celebru: „Teoria cuantică a emisiei şi absorbţiei radiaţiei".

Importanţa existenţei unei mecanici cuantice care să se supună principiilor relativităţii nu a fost pe deplin evidentă, iar Dirac a continuat să lucreze căutând un mijloc prin care să explice integral comportamentul electronului.

Cu câţiva ani mai devreme se sugerase că electronii ar poseda o rotaţie de „spin" în timp ce se deplasează, un concept care rezolva anumite probleme ridicate de vizualizarea diferitelor spectre de raze X ale elementelor. Dirac a încorporat această idee într-o singură ecuaţie pentru a descrie mişcarea unui electron şi, mai general, a rezolvat comportamentul acestuia cu o mai mare eleganţă şi profunzime ca până atunci.

Ecuaţia lui Dirac, aşa cum a ajuns să fie denumită, nu asocia electronului un anumit punct din spaţiu, ci, mai degrabă, în consonanţă cu teoria cuantică, oferea o gamă de localizări posibile, distribuite probabilistic.

Teoria preconiza existenţa unui câmp magnetic în jurul electronului şi sugera, de exemplu, că cele patru „numere cuantice" necesare pentru calcularea mişcării sale reflectă cele patru dimensiuni ale spaţiu-timpului. Ecuaţia era, după cum a spus Dirac ulterior, „o teorie de sine stătătoare care concordă cu dovezile experimentale aşa cum sunt ele cunoscute în prezent".

Dar aspectul cu adevărat extraordinar al ecuaţiei era faptul că concretiza o idee până atunci doar bănuită despre un atom scăldat într-un ocean de particule „virtuale" sau lipsite de masă. „Dirac", susţin Robert P. Crease şi Charles C. Mann, „a formulat începuturile teoriei moderne a electromagnetismului - prima piesă concretă a modelului standard -, dar a declanşat totodată, fără să-şi dea seama, asaltul unor demoni conceptuali care aveau să schimbe ideile noastre despre spaţiu şi materie."

Teoria lui Dirac, precizează ei, „a scos la iveală un haos înfricoşător privind stările fundamentale ale materiei. Spaţiul din jurul şi din interiorul atomilor, despre care până atunci se credea că este gol, acum se presupunea că este plin cu o supă clocotindă de particule fantomatice."

Într-adevăr, Dirac a prezis în 1930 existenţa unei particule elementare care era efectiv imaginea în oglindă a electronului, având sarcină electrică pozitivă. În acel moment, unii au considerat stranie această idee, dar fizicienii experimentatori au descoperit recent „radiaţii cosmice" (Radiaţiile cosmice constau din nuclee ale unor elemente comune, cum ar fi electroni, pozitroni şi alte particule elementare.

Acestea au fost detectate încă din 1911 şi numite astfel în 1925, dar originea lor nu este certă.) care bombardează atmosfera terestră din spaţiul cosmic. Iar la California Institute of Technology, o cameră cu ceaţă puternică, construită pentru studierea unor astfel de radiaţii, a detectat urmele anumitor particule care aveau într-adevăr aceeaşi masă ca şi electronii, dar erau încărcaţi pozitiv.

Ales membru al corpului profesoral de la St. Johns College în 1927, el a rămas acolo ca să predea, iar în 1932 a devenit profesor de fizică la Cambridge. A ocupat acest post până în 1969, chiar dacă a mai predat şi a susţinut conferinţe peste hotare. Spre sfârşitul deceniului al şaptelea s-a mutat în Florida, iar între anii 1972 şi 1984 a predat fizica la Florida State University. Soţia lui Dirac a fost Margit Wigner, sora marelui fizician ungur Eugene Wigner. Soţii Wigner au avut două fiice.

Personalitate celebră în lumea fizicii, în pofida excentricităţii sale, Dirac a fost adulat şi îndrăgit de toată lumea. Presa scria despre el că este „sfios ca o gazelă şi pudic ca o servitoare victoriană". El recurgea adeseori la ceea ce psihologii numesc „gândire concretă", ceea ce pe colegi avea darul să-i amuze.

Astfel, formula banală de începere a unei conversaţii, „Astăzi suflă tare vântul" l-a făcut la un moment dat pe Dirac să se ridice de la masă, să deschidă uşa de la intrare şi apoi să-şi reia locul spre a confirma: „Într-adevăr, aşa e". Când Wolfgang Pauli şi-a propus să slăbească, l-a întrebat pe Dirac câte bucăţi de zahăr ar trebui să pună în cafea. Dirac i-a răspuns: „Cred că una e de ajuns pentru tine". O clipă mai târziu, el a generalizat precizând: „Cred că bucăţile astea sunt făcute în aşa fel încît una e suficientă pentru oricine".

Dirac a avut simpatii politice oarecum de stânga, iar contactul pe care 1-a menţinut cu ştiinţa sovietică a determinat autorităţile să-i refuze viza de intrare în Statele Unite în timpul războiului rece. Totala sa lipsă de interes faţă de artă sau literatură, având în vedere educaţia pe care a primit-o, aminteşte de Richard Feynman, care ulterior a dezvoltat şi mai mult electrodinamica cuantică.

În ultima parte a carierei, Dirac a insistat asupra conceptului contradictoriu de „frumuseţe matematică", iar biografa lui, Helge S. Kragh, consideră că acesta ar fi unul dintre motivele care au făcut ca „mijlocul deceniului al patrulea să reprezinte o importantă linie de demarcaţie: toate marile sale descoperiri au fost realizate înainte de anul 1935, iar după aceea contribuţiile sale în domeniul fizicii s-au dovedit nesemnificative".

Nimic din toate acestea nu diminuează meritul lui Dirac de a fi dat teoriei cuantice „forma definitivă", scrie John C. Taylor, „creând o teorie la fel de convingătoare ca şi mecanica lui Newton". Paul Dirac a murit la 20 octombrie 1984.

RECENT

Aspecte epidemilogice ale izbucnirilor cu boli diareice acute în Republica Moldova (Nadejda Gafin, Aliona Nastas, Ion Bîrcă, Adrian Cotelea, Vasile Sofronie)
02.01.2020

În articol sunt prezentate unele aspecte epidemiologice ale izbucnirilor cu boli diareice acute (BDA) în Republica Moldova în anii 2014-2 [ ... ]

Impactul asupra sănătății și cel socioeconomic al morbidității prin varicelă în Republica Moldova (Silvia Negară, Vasile Sofronie)
02.01.2020

A fost studiată și analizată epidemilogic morbiditatea prin varicelă în Republica Moldova în perioada 1985-2017. Studiul dat este unul [ ... ]

2018 Sănătatea - Publicaţie de sănătate şi divertisment