Čovek koji je otkrio antimateriju

Da li postoje antičestice? “Svašta, pa to je još pre 80 godina dokazao Pol Dirak”. Ovo je jedan od efikasnijih načina da odgovorite na pitanje koje će vam neizostavno, pre ili kasnije, postaviti šarmantna plavuša ili kakav brbljivac koji se kao u sve razume, ako se na nekoj sedeljci slučajno pohvalite kako ste redovni čitalac B92 Nauke

Piše: Duško Latas

Život

Izvor: B92

Ponedeljak, 25.12.2006.

02:06

Default images

Za otkriće prve poznate antičestice – pozitrona, zaslužan je engleski naučnik Pol Dirak (1902-1984). Zahvaljujući Ajnštajnovoj teoriji relativnosti, naučnicima je početkom XX veka postalo jasno da čestice koje se kreću blisko brzini svetlosti ne mogu da se opisuju formulama klasične fizike. Tako je bilo shvaćeno i da elektroni, negativno naelektrisane čestice, kad god imaju jako velike brzine moraju da se opisuju relativističkim jednačima, ali nikom nije polazilo za rukom da pronađe pravi izraz za opis ovih, brzih elektrona. To je uspelo Polu Diraku kad je 1928. godine došao do vrlo važne jednačine koja danas nosi njegovo ime, Dirakova jednačina.

Kao što su neke jednačine u srednjoj školi umele da vam naprave problem kad se pri njihovom rešavanju pojave dva rešenja, a jedno od njih bude negativno, pa onda krenete da računate sve iz početka, tako je i Dirak za relativističke elektrone dobio dva rešenja od kojih je jedno, u najmanju ruku, u to doba izgledalo neugodno. Dirak je bio dovoljno hrabar i uveren u ispravnost svog računa da je svoje rezultate javno publikovao i tako izmenio dotadašnji pogled na materiju.

Naime, pored očekivanih rešenja koja opisuju elektrone, Dirakova jednačina ima i dodatna rešenja. Ova neočekivana rešenja opisuju čestice po svemu slične elektronima, ali se od njih razlikuju po naelektrisanju, koje je pozitivno, a ne negativno kao kod elektrona. Ta rešenja su nove čestice – antielektroni ili kako se češće nazivaju, pozitroni. Nedugo pošto ih je Dirak otkrio u svom računu, 1932. godine pozitroni su eksperimentalno potvrđeni, a kasnije se pokazalo da i ostale čestice imaju svoje antičestice. Ali, ko je, zapravo, bio čovek koji otkrio antimateriju?

Ćutljiv i natprosečno trapav

Pol Dirak (1902-1984)
Pol Dirak je rođen u engleskom gradu Bristolu 15. avgusta 1902. godine. Imao je starijeg brata Redžinalda i mlađu sestru Beatris. Otac porodice, Šarl, bio je švajcarski državljanin, završio je francuski jezik u Ženevi i sasvim mlad je došao u Englesku. Svoju suprugu Florens upoznao je 1899. godine, kad su se i venčali. Tada su se nastanili u Bristolu – Florens je radila u biblioteci, a Šarl je dobio mesto profesora francuskog jezika u školi koju su kasnije pohađala njegova deca.

Pokazalo se da je ova činjenica dosta uticala na dalji razvoj Pola Diraka. Naime, sledeći roditeljske ambicije, Dirakov otac je želeo da njegova deca budu najbolja na časovima francuskog. Zato je insistirao da se kod kuće govori isključivo francuski. Polu se to nije dopalo, pa je kod kuće uglavnom ćutao. Verovatno je zbog toga čitav život Pol Dirak ostao ćutljiv. Treba samo da se zahvali sudbini što je njegov otac predavao jezik, a ne fiziku ili eventualno matematiku.

Pol Dirak je krenuo u osnovnu školu sa 6 godina. Vrlo brzo je pokazao izuzetan talenat za matematiku, fiziku i hemiju. Ali, sem što je pokazivao nezainteresovanost na časovima koje je držao njegov otac, pamtili su ga i nastavnici fizičkog vaspitanja – po natprosečnoj trapavosti. To mu naravno nije smetalo da se upiše u najbolju srednju školu u Bristolu tog vremena. Škola se nalazila u istoj zgradi u koju je bio smešten i Tehnički fakultet, tako da je većina nastavnika predavala i studentima na fakultetu, a laboratorije su bile jako dobro opremljene.

Koliko je matematika isplativa?

Sudari snopova èestica u mehurastoj komori
Kada je Dirak krenuo u srednju školu, svet je zadesila velika katastrofa – započeo je Prvi svetski rat. Međutim, pokazalo se da je i ta globalna nesreća pozitivno uticala na obrazovanje mladog Pola Diraka. Naime, veliki broj studenata je umesto u laboratorijama tad bio u rovovima, a da ne bi zatvarali laboratorije ambiciozni profesori su u njih primili učenike srednjoškolce. Dirak se u laboratorijama jako lepo snalazio, pa nije čudno da je svoje studije počeo u istoj zgradi – na Tehničkom fakultetu Bristolskog univerziteta. Znajući njegove matematičke sposobnosti, Dirakovi profesori su bili neugodno iznenađeni kad su saznali da je Pol odlučio da studira na odseku za elektrotehniku. A sam Dirak je to objasnio praktičnom činjenicom da se za život ne može zaraditi ako se čovek bavi samo matematikom ili fizikom.

Kada je 1921. godine završio fakultet, Dirak je želeo da nastavi školovanje na Kembridžu – vodećem naučnom centru u Engleskoj. To mu nije odmah pošlo za rukom, jer je loše uradio prijemni ispit. Ponuđena mu je mala stipendija nedovoljna za školovanje. Razočaran, vratio se u Bristol, gde je bezuspešno tražio posao u struci.

Teška ekonomska kriza koja je vladala u Engleskoj nakon Prvog svetskog rata dovela je do smanjenja potrebe za elektroinžinjerima, što je nagnalo Diraka da se vrati svojoj prvoj ljubavi – matematici. Pristao je da studira matematiku, pod uslovom da ne mora ništa da plati. Te godine je na odseku za primenjenu matematiku bila upisana samo jedna studentkinja, pa su profesori odlučili da dozvole Polu Diraku da joj se pridruži bez ikakve nadoknade. Nakon dve godine, Dirak je diplomirao i matematiku.

Ponovo je pokušao u Kembridžu – i ovog puta je uspeo. Dobio je dve stipendije koje su mu bile sasvim dovoljne da lagodno završi doktorske studije. Odlučio je da doktorira fiziku. Tada je krenula jedna briljantna naučna karijera: doktorirao je sa 24 godine, kada mu je bilo 28 već je bio akademik, sa 30 je postao profesor na poznatoj Lukasijanskoj katedri kojom je svojevremeno rukovodio Isak Njutn, a u trideset i prvoj (1933. godine) je dobio Nobelovu nagradu za fiziku.

Tvorac nove fizike

Podzemni tunel starog LEP (Large Electron Positron) kolajdera
Dirak je jedan od najznačajnijih tvoraca kvantne mehanike. Ova teorija je nastala u prvoj polovini dvadesetog veka, kao pokušaj da se razume ponašanje prirode na atomskoj skali. Eksperimentalni rezultati koje su fizičari dobijali početkom dvadesetog veka nisu mogli adekvatno da se opišu fizikom koja je u to vreme bila poznata, a čije temelje je udario Isak Njutn. Prvi pokušaji opisivanja sveta atoma su se zasnivali na uvođenju postulata koji su u kombinaciji sa zakonima Njutnove fizike mogli da objasne neke konkretne pojave. Većinu fizičara to nije zadovoljavalo, tako da su tragali za teorijom koja će opisati svet atoma na elegantan način.

Rezultati do kojih su fizičari došli u toj potrazi su bili fascinantni – pokazalo se da je ponašanje atoma jako daleko od našeg svakodnevnog iskustva i da se pojedini aspekti tog ponašanja na prvi pogled čine čudnim. Dirakov veliki doprinos se ogleda u činjenici da je uspeo mnoge složene koncepte u kvatnoj mehanici da sagleda sa posebnom matematičkom elegantnošću i od kvantne mehanike stvori teoriju koju već gotovo 80 godina razume i koristi veliki broj fizičara. Jedno od Dirakovih najvećih dostignuća bez sumnje je njegova relativistička jednačina, pomenuta na početku teksta, kojom je u nauku prvi put uvedena antimaterija.

Uz to, Dirak je u fiziku uveo i magnetne monopole. Naime, on je matematički dokazao da je dovoljno da postoji samo jedan magnetni monopol u vasioni da bi se objasnila dobro poznata eksperimentalna činjenica da je naelektrisanje kvantovano. Magnetni monopoli su hipotetičke čestice, koje možemo najjednostavnije opisati kao magnete sa samo jednim polom. Ova njegova pretpostavka je izazvala mnogo pažnje, ali do danas nije potvrđeno da magnetni monopoli zaista postoje.

Kako 2 pretvoriti u 100?

Dirak i njegove jednaèine
“Dobra fizička teorija mora pre svega da ima matematičku lepotu.” Ovako je Pol Dirak opisao suštinu teorijske fizike. Čitav život on je proveo tragajući za tom lepotom. Nekad ga je ta potraga odvodila na stranputice, ali ga je dovela i do rezultata kojima se fizičari i danas dive. Da bi se potpuno razumeo Dirakov doprinos fizici potrebno je mnogo predznanja, ali da bi se prepoznao njegov talenat i snaga matematičkog mišljenja dovoljno je poznavanje srednjoškolske matematike.

Postoji anegdota da je, u poseti kod slavnog danskog naučnika Nilsa Bora, Dirak saznao za jedan problem koji su Borovi saradnici pokušavali da reše. U momentima dokolice pokušavali su da zapišu sve brojeve od 1 do 100 koristeći sve matematičke operacije i broj 2, ali tako da dvojku upotrebe samo četiri puta. Pokušajte da nastavite ovom logikom i teško da ćete daleko stići, a kamoli do 100:
Videvši taj problem, Dirak se malo zamislio i vrlo brzo je došao do rešenja koje omogućava da se svaki prirodni broj napiše korišćenjem broja 2 i to, samo tri puta! Pokušajte i sami da rešite ovaj problem, a ako ne uspete, verujem da ćete biti oduševljeni kad vidite kako je to Dirak uradio:
...

Ovo je arhivirana verzija originalne stranice. Izvinjavamo se ukoliko, usled tehničkih ograničenja, stranica i njen sadržaj ne odgovaraju originalnoj verziji.

12 Komentari

Možda vas zanima

Podeli: