Здравствуйте, уважаемые читатели. Тема антиматерии, о которой мы сегодня поговорим, кажется чем-то из области научной фантастики, однако её существование было математически предсказано почти столетие назад. В этой статье мы расскажем о выдающемся, но малоизвестном широкой публике физике, чьи расчёты открыли дорогу к этому удивительному открытию — Поле Адриане Морисе Дираке (1902-1984).
В отличие от своих знаменитых коллег — Эйнштейна, Шрёдингера или Бора — Дирак остаётся фигурой в тени, несмотря на масштаб своих достижений. Он был человеком исключительной сдержанности и немногословия, чьи ответы часто сводились к простым «да» или «нет». Известен даже случай, когда Дирак, узнав о присуждении ему Нобелевской премии, хотел от неё отказаться, чтобы избежать публичности. Его убедили, что отказ привлечёт ещё больше внимания, чем сама награда.
Личность гения
Дирак родился в Англии в семье швейцарского отца, строгого учителя французского, и британской матери. Многие исследователи его биографии предполагают, что он мог иметь синдром Аспергера, для которого характерны социальная замкнутость, сложности в общении и нередко выдающиеся математические способности. Интересно, что схожие черты приписывают и Исааку Ньютону. Между этими двумя гениями действительно много параллелей: оба совершили свои ключевые открытия в молодости, оба занимали знаменитую Лукасовскую кафедру в Кембридже и оба мыслили языком математики.
Обратите внимание: Писатель-фантаст, предсказавший множество современных открытий, некоторые из них еще не сбылись.
Уравнение, изменившее физику
Дирак выдвинул множество гипотез, основанных на чистой математике, многие из которых впоследствии нашли экспериментальное подтверждение. Однако его главным вкладом стало волновое уравнение электрона, за которое он и получил Нобелевскую премию по физике в 1933 году. Сегодня это уравнение можно увидеть высеченным в камне рядом с могилой Ньютона в Вестминстерском аббатстве — символическое признание его значимости.
В 1928 году Дирак представил миру свою версию уравнения Шрёдингера, объединив её со специальной теорией относительности Эйнштейна. В ходе работы он столкнулся с серьёзной проблемой: знаменитая формула E=mc² в рамках его расчётов оказалась неполной. При извлечении квадратного корня возникала неопределённость со знаком, и уравнение принимало вид E=±mc². Это означало существование решений с отрицательной энергией, что противоречило фундаментальному физическому принципу: все системы стремятся к состоянию с минимальной энергией. Если бы отрицательные энергетические уровни были доступны, все электроны Вселенной «провалились» бы в эту бесконечную бездну, что делало теорию нестабильной.
Рождение идеи антиматерии
Чтобы спасти свою блестящую теорию, Дирак предложил смелую концепцию, известную как «море Дирака». Он предположил, что состояние с отрицательной энергией не является пустым — оно полностью заполнено электронами, невидимыми для нас. Это бесконечное «море» электронов с отрицательной энергией и есть физический вакуум в его модели.
Когда такой электрон в «море» получает достаточную энергию (например, от столкновения с гамма-квантом), он может «выпрыгнуть» на уровень с положительной энергией, став обычным электроном. На его месте в «море» остаётся дырка — область с недостающим отрицательным зарядом. С точки зрения математики и наблюдений, эта дырка ведёт себя как частица с массой электрона, но с противоположным (положительным) зарядом. Дирак предсказал существование такой частицы — антиэлектрона, или позитрона. Его гениальная догадка была блестяще подтверждена в 1932 году, когда Карл Андерсон экспериментально обнаружил позитрон в космических лучах. Это открытие стало первым прямым доказательством существования антиматерии.
На этом мы завершаем наш рассказ о тихом гении, чьи уравнения открыли дверь в мир антивещества.
Материал для этого поста был взят из книги «Физика невозможного» Мичио Каку и из: https://www.britannica.com/biography/Paul-Dirac
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1933/dirac/biograp...
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Человек предсказавший антиматерию.