باول ديراك.. موزارت العلوم وعميد فيزيائيي القرن العشرين النظريين بلا منازع

1984-1902/ بريطاني

عالمُ الفيزياء النظرية الفذ والذي قدم إسهامات أساسية في نشأة علمي ميكانيكا الكم و كهروديناميكا الكم.

الولادة والنشأة:

ولد باول أدريان موريس ديراك في 1902/8/8 في مدينة بريستول، التي تقع في جلوسيسترشاير في إنجلترا.

والده هو تشارلز أدر يان وكان سويسريًا ويعمل مُدرسًا للفرنسية، أما والدته فهي فلورنس هانا هولتن وهي بريطانية الأصل كانت تعمل في مكتبة ،كان ترتيبه الثاني بين إخوته فقد كان أخوه ريجنالد فيليكس يكبره ،وتصغره أخته بياتريس ،عاش ديراك طفولة تعيسة بسبب انضباط أبيه وصرامته وفرضه عليهم التحدث باللغة الفرنسية في المنزل ، لدرجة أنه كان يعاقب ديراك بالبقاء على طاولة الطعام إن أخطأ في اللغة ،فكان ديراك يحاول تجاوز الأخطاء بالتقليل من الكلام، سبب ذلك عقدة نفسية لديراك لذلك نشأ انطوائياً فاقداً لمهارة التواصل الإجتماعية والعاطفية ،ولم يكن له الكثير من الأصدقاء المقربين .

الدراسة:

تلقى باول ديراك تعليمه الابتدائي  في مدرسة المطران للتعليم الابتدائي (تعتبر هذه المدرسة أكبر مدرسة في بريستول).

وفي سن 12 عامًا التحق بالمدرسة الثانوية التي كانت جزءًا من كلية جمعية التاجر فنتشرز التقنية،وفيها كان يعمل والده مدرسا للغة الفرنسية .

أثناء دراسته ،تعرف باول ديراك على أسس الرياضيات، والفيزياء، والكيمياء في الأشكال العليا، وكان يدرس كتب الرياضيات للمراحل الأكبر سنًا، بعد ذلك التحق  بجامعة بريستول في تخصص الهندسة الكهربائية.

في عام 1921 تخرج وحصل على الشهادة الجامعية.

ثم عمل أعمال جزئية غير مميزة في مجالات هندسية من غير أن يحظى بمهنة دائمة، في نفس العام تقدم لامتحانات منحة جامعة كامبريدج، وحصل على منحة لدراسة الرياضيات في كلية سانت جون بكامبريدج، إلا أنه لم يحصل على الدعم الإضافي من هيئة التعليم المحلية الخاصة به.

أيضا  عُرضت عليه منحة لدراسة الرياضيات في جامعة بريستول دون دفع رسوم، فتمكن من الحصول على مرتبة الشرف الأولى عام 1923م، في نفس العام حصل على منحة كطالب باحث في جامعة كامبريدج ، ومنها حصل  على شهادة الدكتوراه حول ميكانيكا الكم في عام 1926م.

الأعمال:

في عام 1925 سمع باول ديراك  عن الفيزيائي هايزنبرغ الذي كان حينها في العشرينيات من عمره وعن محاولته إبداع نظرية الكمومية ، وبسرعة مدهشة وبدون خلفية في الفيزياء اندفع ديراك ليحقق إنجازات مدهشة في ميكانيكا الكم.

عند بلوغه  السادسة والعشرين من عمره انزعج باول ديراك من  حقيقة أن معادلة شرودنجر لم تكن نسبوية، أيضاً لم تكن صالحة إلا للسرعات الأدنى كثيراً من سرعة الضوء!.

كما لاحظ باول ديراك أن معادلة أينشتاين لم تكن دقيقة، كان أينشتاين قد تحقق من الصيغة الدقيقة لهذه المعادلة وهي (E=±mc2)، إلا أنه أهمل إشارة السالب.

كان باول ديراك بصدد نمط جديد من معادلات الإلكترون” معادلة ديراك”، ولم يستطع إهمال إمكانية المادة ذات الطاقة السالبة. فكانت إشارة السالب محيرة لأنها بدت كأنها تتنبأ بنوع جديد من المادة مختلف تماما.

لاحظ باول ديراك أن المادة ذات الطاقة السالبة ستكون مثل المادة المألوفة ولكن بشحنة معاكسة، فالإلكترون المضاد يمتلك شحنة موجبة ويستطيع الدوران حول بروتون مضاد سالب الشحنة مكوّناً ذرة مضادة، بحيث يمكن أن تتحد الذرات لتشكيل الجزيئات المضادة بل والكواكب والنجوم المضادة المصنوعة من هذه المادة.

في عام 1927 وضع أسس ميكانيكا الكم النسبية، حيث قام بصياغة المعادلة النسبية لحركة الإلكترون.

في عام 1928 طور  باول ديراك نظرية اللف الإلكتروني، والتي وصل إليها من المعادلة النسبية لحركة الإلكترون التي لم تقتصر على تقديم وصفًا نسبيًا للإلكترون فقط، وإنما أظهرت أنه يحتوي على دوران نصف وحدة، كما كان معروفًا تجريبيًا حينها.

وفي نفس العام أنشأ معادلة” ديراك “، والتي مثلت المعادلة الميكانيكية الكمومية النسبية للإلكترون. إحدى ميزات هذه المعادلة هي أنها تنبأت بنتيجة تصف جسيمًا محتملاً آخر يبدو كما لو أنه مطابق تمامًا للإلكترون، ولكنه يمتلك شحنة كهربائية إيجابية بدلاً من شحنة سالبة. ومن هذه النتيجة، تنبأ ديراك بوجود البوزيترون، أول جسيم مضاد، والذي اكتشفه كارل أندرسون في عام 1932.

عندما نشرت هذه المعادلة نظر الفيزيائيون من كل أنحاء العالم  بدهشة إلى هذا العمل العلمي الفني البديع الذي فسر به مفهوم اللف المغزلي للإلكترون الذي اكتُشف سابقًا من طرف العلماء قبل ثلاث سنوات.

في عام 1930نشر باول ديراك كتابه الشهير “مبادئ ميكانيكا الكم” ، والذي نقحه أكثر من مرة حتى عام 1967م، وكان آخر نسخة له كتاب النظرية النسبية العامة في عام 1975.

أصبح كتابه هذا واحداً من أهم الكتب المدرسية في موضوع ميكانيكا الكم لمدة قرن تقريبا. بالإضافة إلى تغطية الطرق المختلفة لميكانيكا الكم في ذلك الوقت .

في عام 1931  أصبح باول ديراك زميلًا في كلية سانت جون،وفي عام 1932  أصبح مدرساً  للرياضيات في جامعة كامبريدج وبقي في هذا المنصب مدة 37 عامًا بعدها.

في عام 1969  تقاعد باول ديراك من كامبريدج ، وبعد عدة زيارات شغل منصب الأستاذية في جامعة فلوريدا  بالولايات المتحدة الأمريكية من عام 1971 حتى وفاته في 20 أكتوبر من عام 1984.

الحياة الشخصية :

في عام 1937  تزوج باول ديراك من مارجيت وينغر (أخت الفيزيائي والرياضي يوجين بول ويغنر)وتبنى طفليها من زوجها السابق ،ورزق منها بطفلتين وهما ماري إليزابيث وفلورنسا .

الوفاة:

في 1984/10/20 توفي  العالم باول ديراك عن عمر ناهز 82 ،في مدينة تالاهاسي التي تقع في فلوريدا في الولايات المتحدة الأمريكية .

الجوائز والتكريمات :

• في عام 1933 حصل على جائزة نوبل للفيزياء، وهو تقدير “لاكتشاف الأشكال الإنتاجية الجديدة للنظرية الذرية”.
• في عام 1939 حصل على الميدالية الملكية من الجمعية الملكية.
• وفي عام 1948 حصل على زمالات فخرية من الجمعية الفيزيائية الأمريكية.ومعهد الفيزياء .
• في عام 1952 حصل على وسام ماكس بلانك.
• في عام 1969 حصل على جائزة روبرت ج. أوبنهايمر التذكارية (الافتتاحية).
• وفي عام 1971 حصل على زمالة فخري بمعهد الفيزياء في لندن
• في عام 1973 عضو في وسام الاستحقاق.
• في عام 1991، شيد نصبٍ تذكاريٍ له في حديقة سانت-موريس، سويسرا، البلدة الأصلية لعائلة والده.
• وفي عام 1995 شيد له نصبٌ تذكاريٌ مصنوعٌ من الأردواز الأخضر، منقوشٌ عليه معادلته في دير سانت بيتر في وستمنستر.

الأقوال:

يقول باول ديراك:

• “يقبل علماء الفيزياء النظرية الحاجة إلى الجمال الرياضي كعمل إيماني … على سبيل المثال ، السبب الرئيسي وراء قبول نظرية النسبية عالميًا هو جمالها الرياضي”.
• “يجب على الباحث، في جهوده للتعبير عن القوانين الأساسية للطبيعة في شكل رياضي، أن يسعى بشكل أساسي إلى الجمال الرياضي”.
• “يجب أن يأخذ البساطة في الاعتبار بطريقة ثانوية للجمال … غالبًا ما يحدث أن متطلبات البساطة والجمال هي نفسها ، ولكن عندما تتعارض ، يجب أن يكون للأخير الأسبقية”.
• “مع مرور الوقت، يصبح من الواضح بشكل متزايد أن القواعد التي يجدها عالم الرياضيات مثيرة للاهتمام هي نفسها التي اختارتها الطبيعة”.
• “ما يجعل نظرية النسبية مقبولة جدًا للفيزيائيين على الرغم من تعارضها مع مبدأ البساطة هو جمالها الرياضي العظيم. هذه صفة لا يمكن تعريفها، أكثر من جمال الفن يمكن تعريفه، لكن الأشخاص الذين يدرسون الرياضيات عادة لا يجدون صعوبة في تقديرها”.

تأثر هايزنبرغ بإنجازات ديراك وكتب يقول هايزنبرغ عن إنجازات ديراك:

• “أعتقد إن أهم وأكبر اكتشاف في حقل الجسيمات الأولية كان اكتشاف ديراك للمادة المضادة”.

كما قال البروفيسور إميريتوس فريمان دايسون :

• «إن اكتشافات ديراك العلمية تبدو مثل تماثيل رخامية نُحتت في السماء وأُنزلت الواحد تلوَ الآخر”

بقول بيتر كالسن عن ديراك في كتابه (الرمز المطموس) :

• “لا جدال في أن خير من استحق لقب ورفع راية عميد فيزيائيي القرن العشرين النظريين بلا منازع هو باول ديراك، فبالرغم من خجله وشخصيته التي لا تميل إلى الشهرة وعدم سطوع نجمه شعبياً كأينشتاين وبور وهايزنبرغ”.

المصادر:

• https://mufakeroon.com
• https://www-aljazeera-net
• https://ar.celeb-true.com
• https://eferrit.com
• https://www.ibelieveinsci.com
• https://xn--sgb8bg.net
• https://www.hazemsakeek.net