دیراک، از بزرگان عصر طلایی فیزیک

پل آدرین موریس دیراک فیزیک‌دان و ریاضی‌دان بزرگ دوران 82 سال در این جهان زیست. او شاید آخرین بازماندة بزرگان عصر طلایی فیزیک (چند دهة آغازین قرن بیستم) بود که با ارائة نظریه‌های انقلابی نسبیت و مکانیک کوانتومی تصور ما را از جهان یکسره دگرگون کرد.
دیراک در زادگاهش بریستول ابتدا مهندسی برق و سپس ریاضیات خواند. آن‌گاه برای ادامة تحصیل به دانشگاه کمبریج رفت و همان‌جا بود که استعداد فوق‌العاده‌اش را در فیزیک نظری به‌کار گرفت. در سال 1305/ 1926، اندکی پس از آن‌که شرودینگر و هایزنبرگ نظریة مکانیک کوانتومی را فرمول‌بندی کردند، دیراک،‌ که هنوز داشت در کمبریج درس می‌خواند، موفق شد این نظریه را در یک قالب جدید ریاضی بگنجاند. اما مهم‌ترین کار دیراک تلفیق نظریه‌های نسبیت و کوانتوم بود که در سال 1307/ 1928 انجام گرفت. او توانست ملاحظات نسبیتی را در معادلة‌ شرودینگر وارد کند و معادله‌ای نوشت که با اصول هر دو نظریه سازگار است. دیراک این معادله را در اصل برای توصیف رفتار ذرات زیر اتمی در سرعت‌های نزدیک به سرعت نور ابداع کرد اما نتایج جالب و مهیج دیگری هم از آن عاید شد: ساختار معادلة دیراک طوری بود که معرفی یک موجود جدید ریاضی را ـ که بعداً اسپینور نامیده شد ـ ایجاب می‌کرد، قبل از آن معلوم شده بود که الکترون‌ها حرکت چرخشی (اسپین) غریبی دارند که منجر به ساختار ریز در طیف اتم‌های آن‌ها می‌شود. دیراک نشان داد که این یک اثر نسبیتی است و دریافت که اسپینورهای معادله‌اش درواقع همان مفهوم اسپین ذره را بیان می‌کنند. امروز از اسپینور در فرمول‌بندی خیلی از نظریه‌های رایج استفاده می‌شود. دیگر آن‌که تعداد جواب‌های معادلة دیراک دو برابر جواب‌هایی بود که از فیزیک مسئله انتظار می‌رفت. مثلا برای الکترون آزاد، هم انرژی مثبت و هم انرژی منفی به‌دست می‌آمد. دیراک جواب منفی را کنار نگذاشت، بلکه با تفحص به این نتیجه رسید که این جواب باید متناظر با ذره‌ای با همان جرم الکترون باشد که بارش مثبت است؛ و به‌این ترتیب درواقع وجود پادماده را پیش‌گویی کرد و این دستاورد بزرگی برای فیزیک‌ریاضی بود. چندی بعد در 1311/ 1933 بود که اولین پادماده یعنی پوزیترون توسط آندرسون کشف شد. پس از آن دیراک به فرمول‌بندی نظریة الکترومغناطیسی در چارچوب کوانتومی پرداخت. با معادلات خود نشان داد که وجود «بار» مغناطیسی هم مثل بار الکتریکی ممکن است. او بین این دو کمیت رابطه‌ای برقرار کرد که ـ اگر تک‌قطبی مغناطیسی وجود داشته باشد ـ توضیح می‌دهد که چرا بار همة ذرات در طبیعت مضرب درستی از یک بار بنیادی است.
زمینة دیگری که دیراک به آن توجه کرد کیهان‌شناسی بود. او هم مثل معاصرش آرتور ادینگتون به‌شدت در اندیشة عدد بسیار بزرگی بود که در دو زمینة کاملا متفاوت مشاهده می‌شد. در یک اتم، نیروی الکتریکی بین دو الکترون 1042 بار بزرگ‌تر از نیروی گرانشی میان آن‌هاست؛ و شگفت این‌جاست که عمر عالم نیز برحسب واحدهای طبیعی اتمی همین مقدار است. آیا مساوی بودن مقادیر این دو کمیت صرفاً یک تصادف است که در دوران ما اتفاق افتاده؟ دیراک می‌گفت نه. استدلال می‌کرد که باید بین این دو کمیت ارتباط عمیقی برقرار باشد، می‌گفت که گرانش باید پیوسته ضعیف‌تر شود تا بتواند با ساعت کیهانی پابه‌پا برود.
دیراک کارهای دیگری هم دارد: یک نظریة کوانتومی برای تابش پرداخته است. نیمی از آمار فرمی ـ دیراک سهم اوست. گام‌هایی در راه وصول به نظریة کوانتومی گرانش برداشته است. تابعδ را او ابداع کرده و دربارة الکترودینامیک کوانتومی و نسبیت عام هم چیزهایی نوشته است.
پروفسور دیراک در سال 1310/ 1932 در کالج سنت جان کمبریج به مقام استادی ریاضیات رسید و همان کرسی‌ای را اشغال کرد که یک وقتی از آن نیوتون بود. در 1311/1933 به اشتراک با شرودینگر جایزة نوبل فیزیک را برد و در 1939 مدال انجمن سلطنتی به وی اعطا شد. کتابی که دیراک دربارة مکانیک کوانتومی نوشته است در شمار کتاب‌های کلاسیک فیزیک است.
دیراک علی‌رغم شخصیت علمی بانفوذی که داشت از شهرت اجتناب می‌کرد. کمتر حرف می‌زد و بیشتر اهل عمل بود. او پس از بازنشستگی از کمبریج به فلوریدا رفت و در دانشگاه تالاهاسی تدریس می‌کرد. یک‌بار روزنامه‌نگاری از او پرسید که آیا ممکن است برای خوانندگان یک مجلة عامه‌خوان توضیح بدهد که چه‌طور شد پادماده به فکرش رسید؟ و دیراک پس از لحظه‌ای جواب داده بود که خیر. وقتی پس از انتشار کتابش دربارة نسبیت عام، از او پرسیدند که از نظریه‌های نسبیت و کوانتوم کدام‌یک را بزرگ‌تر می‌داند، مدتی به فکر فرو رفت و گفت نسبیت. وقتی پرسیدند چرا، بازهم مدت زیادی سکوت کرد و بعد گفت: چون نسبیت مسبوق به هیچ سابقه‌ای نبود و از هیچ بیرون آمد.
دیراک دربارة‌ قوانین فیزیکی و رابطة آن‌ها با واقعیت چنین گفته است: نظریه‌ای را که مبین قوانین اساسی طبیعت باشد، می‌توان تنها برمبنای تقریب ساخت. راهنمای ما در این کار بیشتر شهود است تا معرفت دقیق واقعیت‌ها. واقعیت پیچیده‌تر از آن است که بشود آن را دقیقاً بیان کرد. فیزیک‌دان باید به معرفت نسبی خود از واقعیات و پرداختن به آن‌ها بر همین مبنا، قانع باشد.