В МИРЕ НАУКИ
Scientific American · Издание на русском языке
№ 1 · ЯНВАРЬ 1991 · С. 84–85


Физик с чистейшей душой

ФИЛИП МОРРИСОН

К выходу книги Хельге С. Краф «Дирак. Биография учёного»
(Dirac: A Scientific Biography, by Helge S. Kragh, Cambridge University Press, 1990)


Нильс Бор однажды заметил, что «из всех физиков Дирак выделяется чистейшей душой». Поль А. М. Дирак «был высокий, худой, нескладный и чрезвычайно молчаливый человек... Никогда нельзя было быть уверенным, скажет ли он что-либо вразумительное...». С самого раннего детства, когда его словарный запас был ещё невелик, он говорил очень непосредственно, без малейшей иронии, считая, что и остальные люди поступают так же.

Интервью, записанное корреспондентом одной из газет Мадисона в 1929 г., когда Дирак читал лекции в Висконсинском университете, можно было бы рассматривать как смешную выдумку, если бы оно столь правдиво не отражало характер учёного.

— Профессор, — сказал я, — перед вашей фамилией стоит несколько букв. В них заложен какой-то смысл?

— Нет, — сказал он.

— Значит ли ваш ответ, что я сам могу написать всё, что мне нужно?

— Да, — сказал он.

— И будет правильным, если я скажу, что П. А. М. означает Пуанкаре Алоизиус Муссолини?

— Да, — сказал он.

И в заключение:

— Вы когда-нибудь встречали парня, которого даже вы не смогли [как это ни парадоксально] понять?

— Да, — сказал он.

— Скажите, пожалуйста, кто же это?

— Гхм, — ответил он.

Интервью неожиданно закончилось... так как профессор достал свои часы... Когда мы прощались, он позволил себе улыбнуться, и я понял, что всё то время, что мы беседовали, он решал какую-то проблему, недоступную для понимания постороннего.

Дирак родился в Англии в 1902 г. Главой семьи был отец — человек строгий, с невыразительной внешностью, не испытывавший особых чувств к домочадцам. Когда мальчик подрос, отец уехал в Швейцарию, учился в Женеве, затем вернулся в Англию, где до конца своей жизни преподавал французский язык. Поль рос молчаливым и послушным мальчиком и делал то, что ему говорили взрослые. Единственное, что он любил, так это математику, однако когда ему исполнилось 16 лет, он без возражений поступил на курсы электротехники Бристольского университета. В этом же учебном заведении преподавал его отец.

На электротехнические курсы заставило его пойти появление общей теории относительности. «Относительность пришла как восхитительная идея... как новая область для размышлений... спасение от войны... — вспоминал он. — Я был захлестнут возбуждением, которое было вызвано в 1919 г. результатами проверки эйнштейновского отклонения света звёзд, проведённой во время солнечного затмения группой Эддингтона». В 1921 г. Дирак с отличием окончил курсы, но в этот период депрессии он не смог найти работу в качестве инженера и вернулся к изучению математики, получив разрешение на бесплатное обучение.

В 1923 г. он поступил в аспирантуру Кембриджского университета. Всё ещё учащийся, хотя у него уже было полдесятка собственных работ, в августе 1925 г. он прочитал в корректуре первую работу Вернера Гейзенберга по объяснению матричной теории. Спустя три месяца Дирак публикует одну из своих оригинальных статей, внёсших большой вклад в развитие этой теории. «Он не имеет ни малейшего понятия о том, насколько трудны его работы для нормальных людей», — жаловался Эрвин Шрёдингер Бору осенью 1926 г. Этот «никому не известный английский юноша» быстро вошёл в круг учёных, занимающихся квантовой механикой. В скором времени он уже был «своим человеком» в Копенгагене, Гёттингене и Лейдене. Большинство результатов, полученных Дираком в те годы, было предвидено ранее, но универсальность и новизна его подхода не имели себе равных даже среди блестящих работ его сверстников.

Осенью 1927 г. он «неожиданно понял» как можно было бы сохранить линейность квантовых уравнений и в то же время ввести квадратный корень энергии, лежащий в основе релятивистской теории. Этот потрясающий приём, понятный для тех, кто хоть немного интересуется алгеброй, нужно использовать не в одном уравнении, а в нескольких связанных уравнениях одновременно, открывая множество простых соотношений, которые будут удовлетворять всем необходимым условиям. Оказалось, что количественные соотношения релятивистской теории электрона Дирака превращаются в матрицы размерности 4×4, что вполне доступно для понимания, поскольку матрицы 2×2 уже использовались для описания спина электрона. Новые уравнения с большей точностью описывали спектр водорода и предсказывали существование «антиэлектрона» — частицы с положительным зарядом. Все, включая Дирака, считали, что им уже известна эта положительно заряженная частица — протон!

Физики тогда не узрели сути вопроса. Дирак, стоя на фундаменте, построенном Эйнштейном и Гейзенбергом, нашёл решение этой проблемы изящным математическим жестом. Всего два года и три месяца отделяли первый квантовый генератор от релятивистских электронов Дирака.

Учёные в скором времени вынуждены были отказаться от своих поспешных выводов. Во-первых, Дирак и остальные признали, что этот антиэлектрон — вовсе не протон, а совершенно новая частица — позитрон, открытый в камере Вильсона в 1932 г. Затем почти 20 лет ушло на то, чтобы новое поколение физиков возвело здание электродинамики на фундаменте уравнения Дирака, учитывающее и мир фотонов. Эта теория теперь подтверждается различными измерениями — от потоков космической радиации с миллионами позитронно-электронных пар до выверенных с точностью до десятого знака свойств реально взаимодействующего электрона.

После 1934 г. продуктивность Дирака резко падает. Он всё ещё выдаёт новые интересные идеи. Его секретная работа над центрифугой для выделения изотопа урана теперь опубликована и является классической в этой области. (Он всегда был в курсе всех проблем физики, несмотря на свою сдержанность в общении и «вежливую бестактность» речи.) Дирак был пионером в исследованиях неуловимого магнитного монополя, даже набросал его топологические свойства. Он предложил оригинальную космологическую теорию, которая даёт объяснение изменению во времени гравитационных констант. Но он уже остался в стороне от новых течений в теории; его последняя широко известная работа была опубликована в 1950 г.

В восьмидесятые годы мы находим пожилого Дирака, восхитительного теоретика, так и не поверившего в полученные с помощью приборов знания, которые легли в основу современных теорий элементарных частиц и сил, возникающих между ними; он всё ещё считал их «запутанными и опасными». Для него все эти теории были безнадёжно испорчены перенормировкой; их неизбежные, но хитро изолированные бесконечности вызывали недоумение. Дирак часто писал о роли математической красоты и единства метода как краеугольных камнях великой теории.

У его эстетики и сейчас есть блестящие последователи; жаль только, что их красота — это совсем не то, о чём говорил Дирак, хотя их новая математика достаточно точно описывает наш мир как бездну разнообразных частиц, что в принципе соответствует действительности. Известное открытие Дирака неожиданно привело к использованию в физике алгебры. Возможно, красоты этого мира гораздо утончённее, чем описываемые уравнением шестидесятилетней давности.

Эта книга представляет собой восхитительные и поучительные воспоминания о замечательном человеке, рассудительный и документально подтверждённый рассказ, следующий по течению современной физики.


Hosted by uCoz