พอล ดิแรก

พอล ดิแรก

พอล เอเดรียน มัวริซ ดิแรก (อังกฤษ: Paul Adrien Maurice Dirac; 8 สิงหาคม 1902 - 20 ตุลาคม 1984) เป็นนักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวอังกฤษ หนึ่งในผู้ก่อตั้งฟิสิกส์สาขากลศาสตร์ควอนตัม เขาดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ลูคาเซียนที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ก่อนจะไปใช้ชีวิตในช่วงสิบปีสุดท้ายของชีวิตที่มหาวิทยาลัยฟลอริดาสเตต เขาเป็นผู้สร้าง "สมการดิแรก" เพื่อใช้อธิบายพฤติกรรมของแฟร์มิออน นำไปสู่การคาดการณ์ถึงการดำรงอยู่ของปฏิสสาร เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1933 ร่วมกับ แอร์วีน ชเรอดิงเงอร์ สำหรับการ "ค้นพบรูปแบบใหม่ของทฤษฎีอะตอม"

ชีวประวัติ

ช่วงวัยเยาว์

พอล เอเดรียน มัวริซ ดิแรก (Paul Adrien Maurice Dirac) เกิดเมื่อวันที่ 8 สิงหาคม ค.ศ. 1902 ที่บ้านของพ่อแม่ของเขาที่เมืองบริสตอล ทางตอนใต้ของประเทศอังกฤษ พ่อของเขาชื่อ Charles Adrien Ladislas Dirac ผู้ซึ่งย้ายถิ่นฐานมาจาก เซนต์-มัวริซ ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ โดยทำงานเป็นคุณครูสอนภาษาฝรั่งเศส แม่ของเขาชื่อ Florence Hannah Dirac เธอเป็นลูกสาวของกัปตันเรือชาวอังกฤษและได้ทำงานเป็นบรรณารักษ์ที่ห้องสมุดกลางเมืองบริสตอล และพอลยังมีพี่ชาย 1 คนและน้องสาวอีก 1 คน

พ่อของดิแรกเป็นคนเข้มงวดและเผด็จการ แม้ว่าเขาจะไม่เห็นด้วยกับการลงโทษทางร่างกาย ดิแรกมีความสัมพันธ์ที่ตึงเครียดกับพ่อของเขามากจนเมื่อท่านเสียชีวิต ดิแรกเขียนว่า "ตอนนี้ฉันรู้สึกอิสระมากขึ้นและฉันก็มีชีวิตเป็นของตัวเอง" โดยชาร์ลส์บังคับให้ลูกพูดเฉพาะภาษาฝรั่งเศสกับเขา เพื่อให้พวกเขาเรียนรู้ภาษา เมื่อดิแรกพบว่า เขาไม่สามารถพูดภาษาฝรั่งเศสได้อยากที่พ่อต้องการ เขาจึงเลือกที่จะเงียบไป

พอล ดิแรก ถ่ายเมื่อปี 1933

การศึกษา

พอล ดิแรกเข้าเรียนระดับประถมศึกษาที่ Bishop Road Primary School จากนั้นเรียนต่อที่ the all-boys Merchant Venturers' Technical College ซึ่งเป็นโรงเรียนที่พ่อของเขาเป็นคุณครูอยู่ โรงเรียนแห่งนี้เป็นสถาบันอยู่ติดกับมหาวิทยาลัยบริสตอลซึ่งใช้พื้นที่และพนักงานร่วมกัน โดยเน้นวิชาเทคนิค เช่น การก่ออิฐ งานโลหะและภาษาสมัยใหม่ ซึ่งเรื่องนี้เป็นเรื่องไม่ปกตินักในช่วงเวลาที่ชั้นมัธยมศึกษาในอังกฤษยังคงให้ความสำคัญกับเรื่องดั้งเดิมเป็นส่วนใหญ่

เขาศึกษาต่อคณะวิศวกรรมศาสตร์ สาขาไฟฟ้า ที่มหาวิทยาลัยบริสตอล สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี เกียรตินิยมอันดับหนึ่ง ในปี ค.ศ. 1921 แต่ด้วยภาวะเศรษฐกิจช่วงหลังสงครามทำให้ไม่สามารถหางานทำได้ จึงได้ศึกษาต่อทางด้านคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยเดิม สำเร็จการศึกษาใน ปี ค.ศ. 1923 ด้วยเกียรตินิยมอันดับหนึ่งอีกครั้ง และดิแรกได้เข้าศึกษาระดับปริญญาเอกด้านฟิสิกส์ทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ โดยมีนักฟิสิกส์ ราฟ ฟาวเลอร์ (Ralph Fowler) เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา และสำเร็จการศึกษา ในปี ค.ศ. 1926 และได้รับตำแหน่ง Fellowship ที่ St John's College มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ 

ในช่วงระยะที่ พอล ดิแรก กำลังเป็นนักศึกษาอยู่ ความเคลื่อนไหวที่สำคัญของวงการฟิสิกส์ คือพัฒนาการของทฤษฎีควอนตัม และทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ทั้งภาคพิเศษและภาคทั่วไป พอล ดิแรก สนใจทฤษฎีควอนตัม สนใจคุณสมบัติความเป็นคลื่นและอนุภาคของอนุภาค เช่น อิเล็กตรอน และสนใจทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ทั้งสองภาค

ผลงาน

ความท้าทายนักฟิสิกส์ในปัจจุบัน คือ การรวมแรงพื้นฐาน 4 แรงเข้าด้วยกัน ซึ่งก็คือ  การรวมทฤษฎีควอนตัมเข้ากับทฤษฎีสัมพัทธภาพ ซึ่งแยกพิจารณาเป็น 2 ส่วน คือ ส่วนเป็นภาคพิเศษกับภาคทั่วไป โดยเมื่อปี ค.ศ. 1928 พอล ดิแรก ได้สร้างสมการซึ่งรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ เข้ากับสมการกลศาสตร์ควอนตัมได้สำเร็จ รู้จักกันในชื่อ สมการดิแรก หรือ Dirac Equation

ซึ่งสมการดังกล่าวเป็นที่มาและอธิบายพฤติกรรมของปฏิอนุภาค โดยพบว่าจากการแก้สมการจะได้คำตอบที่เป็นไปได้อย่างทัดเทียมกัน 2 คำตอบ และได้ประกาศ ในปี ค.ศ.1931 ว่า อิเล็กตรอน มี 2 ชนิด คือ ชนิดมีประจุไฟฟ้าลบ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดี และชนิดใหม่มีประจุไฟฟ้าบวก จากนั้นอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าบวกก็ถูกค้นพบจริงจากการทดลอง ผู้ค้นพบปฏิอนุภาคของอิเล็กตรอน หรือ โพซิตรอน คือ คาร์ล เดวิด แอน เดอร์สัน (Carl David Anderson) ในปี ค.ศ.1932 จากการศึกษารังสีคอสมิก โดยเขาเคยได้เสนอชื่อเรียกอนุภาคอิเล็กตรอนที่คุ้นเคยกันดี ซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบว่า เนกาตรอน (Negatron) แต่ไม่เป็นที่นิยมเรียกกันชื่อนี้จึงเลือนหายไป

หลังการค้นพบปฏิอนุภาคของอิเล็กตรอน คือ โพซิตรอน นักฟิสิกส์หลายคนพยายามค้นหาปฏิอนุภาคของอนุภาคชนิดอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โปรตอน และต้องใช้เวลานานหลังการค้นพบโพซิตรอนถึง 23 ปี จึงมีการค้นพบปฏิอนุภาคของโปรตอน ในปี ค.ศ.1955 โดย เอมิลิโอ เซเกรย์ (Emilio Segre) และ โอเวน แชมเบอร์เลน (Owen Chamberlain) ผลงานซึ่งทำให้นักฟิสิกส์ผู้ค้นพบแอนติโปรตอน ทั้งสองคนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปีค.ศ. 1959 ร่วมกัน ต่อ ๆ มา ก็มีการค้นพบปฏิอนุภาคของอนุภาคอื่น ๆ นอกเหนือไปจากอิเล็กตรอนและโปรตอน นำไปสู่การยอมรับในวงการวิทยาศาสตร์ปัจจุบันว่า อนุภาคทุกชนิดจะมีปฏิอนุภาคเป็นคู่ ๆ กันอยู่

สุสานของ Dirac ในสุสาน Roselawn, Tallahassee, Florida 

ผลงานเชิงทฤษฎีของพอล ดิแรก ในเรื่อง ปฏิอนุภาค ทำให้นักฟิสิกส์คนอื่น ๆ สร้างผลงานระดับรางวัลโนเบลจากการค้นพบปฏิอนุภาคจริง ๆ ซึ่ง พอล ดิแรก ก็ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี ค.ศ.1933 (ขณะนั้นเขามีอายุเพียง 31 ปี) จากผลงานเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับปฏิอนุภาคของอิเล็กตรอนและผลงานเกี่ยวกับการพัฒนาทฤษฎีควอนตัม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในส่วนเกี่ยวกับกลศาสตร์คลื่น (Wave Mechanics) ร่วมกับแอร์วิน ชเรอดิงเงอร์

ดิแรกได้รับการยกย่องในฐานะหนึ่งในบิดาของควอนตัมฟิสิกส์ เขาเขียนตำราเกี่ยวกับวิชาควอนตัมชื่อว่า The Principle of Quantum Mechanics ซึ่งตีพิมพ์ครั้งแรกในปี ค.ศ.1930 และยังคงถือเป็น "คัมภีร์ไบเบิล" ของวิชากลศาสตร์ควอนตัมจนถึงปัจจุบัน 

ในปีเดียวกัน ดิแรกได้รับเลือกให้เป็น Fellow of the Royal Society และในปี ค.ศ. 1932 เขาได้ดำรงตำแหน่ง Lucasian Professor of Mathematics แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ซึ่งตำแหน่งนี้เป็นตำแหน่งที่มีเกียรติอย่างสูงในวงการวิทยาศาสตร์ โดยเป็นตำแหน่งที่ ไอแซก นิวตัน เคยได้รับมาก่อนเป็นคนที่สอง พอล ดิแรก เป็นคนที่สิบห้า และคนที่สิบเจ็ด คือ นักฟิสิกส์ที่ได้รับการยกย่องในวงการวิทยาศาสตร์ปัจจุบัน เป็นผู้เหมาะสมที่สุดสำหรับตำแหน่งทายาทของไอน์สไตน์ คือ สตีเฟน ฮอว์กิง (Stephen Hawking)

หลังจากเกษียณอายุจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในปีค.ศ. 1969 ดิแรกได้ไปดำรงตำแหน่งที่มหาวิทยาลัยฟอริดา (Florida State University) เมืองแทลลาแฮสซี รัฐฟอริดา สหรัฐอเมริกาและเสียชีวิต เมื่อวันที่ 20 ตุลาคม ค.ศ. 1984

อ้างอิง

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Paul_Dirac
2. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1933/dirac-bio.html