Paul Adrien Maurice Dirac

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Dirac

Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984) erhält den Nobelpreis für Physik 1933 zusammen mit Erwin Schrödinger „für die Entdeckung neuer produktiver Formen der Atomtheorie“.

Dirac wird am 8. August 1902 im englischen Bristol als Sohn eines Lehrers, der aus der Schweiz ausgewandert war, und einer Engländerin geboren.

Er zeigte frühe Begabung, soll aber kein Musterschüler gewesen sein. Nach einem Studium der Elektrotechnik an der Universität Bristol schließt sich ein Studium der Mathematik und der Naturwissenschaften an der Universität Cambridge an. Dort promoviert er 1926, geht nach Kopenhagen und Göttingen. 1927 beginnt er eine Lehrtätigkeit am St. John`s College in Cambridge. 1928 kommt er im Juni und Juli nach Göttingen, trägt seine Elektronentheorie vor und fährt dann mit Max Born zum 6. Russischen Allunionskongress für Physik nach Leningrad.

Dirac gilt mit Werner Heisenberg, Niels Bohr und Max Born als Begründer der modernen Quantenmechanik, insbesondere ihrer geschlossenen, mathematischen Formulierung, und leistete wichtige Beiträge zur theoretischen und mathematischen Physik. Seine Arbeit betrifft die mathematischen und theoretischen Aspekte der Quantenmechanik.

Kurz nach dem Erscheinen von Heisenbergs Matrizenmechanik entwickelt Dirac im Herbst 1925 seine eigene Variante der Quantenmechanik, die sich von der Darstellung der deutschen Physiker Max Born und E. P. Jordan durch logische Klarheit und Allgemeingültigkeit unterscheidet. Sie geht vom klassischen Hamilton-Formalismus aus – in Verbindung mit den aus der Quantenphysik gewonnenen formalen Analogien – und führte zu einer Darstellung der Quantenmechanik, die sowohl die matrizenmechanischen Formulierung der Quantenmechanik Heisenbergs als auch die wellenmechanischen Formulierung Schrödingers umfasst.

Diracs Variante erlaubt es, beide Formulierungen als äquivalente Darstellungen derselben abstrakten Quantentheorie aufzufassen.

1927 erweiterte Dirac seine Theorie in Bezug auf die Wechselwirkung von Atomen mit elektromagnetischen Feldern. Daraus entstand die Quantenelektrodynamik zur Beschreibung der Wechselwirkung von Licht und Materie, der sich Dirac sein ganzes weiteres Leben lang widmete.

Dabei löst er 1928 das fundamentale Problem, eine relativistische Quantengleichung für das Elektron aufzustellen. Seine Gleichung brachte zwei ungewöhnliche theoretische Vorhersagen mit sich: Zum einen führte sie zwangsläufig auf die Existenz von Teilchen mit halbzahligem Spin und gestattete so eine relativistische Erklärung dieses experimentell bereits bekannten Phänomens.

Zum anderen sagte Dirac aus der Analyse dieser Gleichung die Existenz eines Antielektrons (später als Positron bezeichnet) voraus. Dies ist ein wichtiger Schritt zur Physik der Elementarteilchen und wurde in den 30er Jahren besonders für die Halbleiterphysik fruchtbar.

1930 gibt Dirac sein erstes und einflussreichstes Lehrbuch heraus: „Die Prinzipien der Quantenmechanik.“ 1931 wird er Mitglied der Royal Society und geht für ein Jahr als Gastprofessor an die amerikanische Universität Princeton. Von 1932 bis 1969 übernimmt er dann den Lucasischen Lehrstuhl für Mathematik in Cambridge – den einst Isaac Newton inne hatte. 1933 erhält Dirac den Nobelpreis zusammen mit Erwin Schrödinger, 1939 folgt die Auszeichnung mit der Royal Medal der Royal Society, 1952 die Auszeichnung mit der Max-Planck-Medaille der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. 1971 übernimmt er eine Professur an der Florida State University bis zu seiner Emeritierung im Jahre 1973.

Paul Dirac stirbt am 20. Oktober 1984 in Tallahassee, Florida.

Literatur

Stein, Ilse: Wechselwirkung von Licht und Materie. Göttinger Tageblatt, 29. August 2002.