Paul Dirac Paul Adrien Maurice Dirac (8 tháng 8 năm 1902 - 20 tháng 10 năm 1984) là một nhà vật lý lý thuyết người Anh. Ông từng giữ chức Giáo sư Lucas về Toán học tại Đại học Cambridge. Trong 10 năm cuối đời ông làm việc tại Đại học Florida, Paul Adrien Maurice Dirac (8 tháng 8năm 1902- 20tháng 10năm 1984) là một nhà vậtlý lý thuyếtngườiAnh. Ông từng giữ chức Giáo sư Lucasvề Toán học tại Đạihọc Cambridge.Trong10 nămcuối đờiông làmviệc tại Đại họcFlorida CharlesAdrienLadislas Dirac, chacủaPaul Diracnhập cư từ Thụy Sĩ vào Anh Quốc, cho đến năm 1902 ông cùngvợ Florence và3 người con (lúcđó Paul có 1 anh trai và 1 emgái) sống ở Bristoltrong căn nhà riêng. Năm1919 gia đình của Dirac trở thànhcôngdân của Anh Quốc. Cha của PaulDirac kiếm tiền bằng việc dạy tiếngPháp. Các học sinh không thíchông bởi vì ôngquá nghiêm khắc và yêu cầu cao mặc dù họ khôngthể phủ nhận tính hiệu quả của cácphương pháp giảng dạy của ông. Giađìnhông sống rất khép kín. Saunày Paul Dirac nhớ lại “Không ai đến nhà chúngtôi cả, ngoại trừ có thể là một vài học sinhcủa cha tôi.<…>.Chúng tôi chưa bao giờ có khách”. Ôngbố yêu cầu trong nhà mọi người phải nói tiếng mẹ đẻ của ông là tiếng Pháp trái hẳn với ý muốn của vợ và các con, và điều đó chính là một trong các nguyênnhân dẫn đến việc khó khăn trong giao tiếp.Từ đó có thể dẫn đến sự im lặng vàcô độc của PaulDirac.Thậm chí bữa ăncũng không thể nối kết gia đình lạivới nhau.Paulthườngăn trưacùngcha, còn anh trai và em gái thì thường ăn cùng mẹ trong nhà bếp. Paulđược gia đình gửi đi học tại trường mà cha ông dạy. Đây là một trườnghọc theo kiểu cũ, đã lỗi thời nhưngkhá nổi tiếng về học thuật. Diracnhớ lại: “…đó là một ngôi trường trung học tuyệt vời về khoa học tự nhiên vàngoại ngữ hiện đại. Trongtrường không cótiếng Latin,khôngcó tiếngHi Lạp, điều mà tôi rất thích vì lẽ rằng tôi hoàntoàn không tiếp thu được vănhóa cổ đại. Tôiđã rất vui vì được học ở trường đó. Tôi là họcsinh ở đó trong khoảngthời gian từ 1914 đến 1918khi chiến tranh thế giới lầnthứ nhất diễn ra.Nhiều ngườiđã tạm biệt trường họcđể phục vụ cho tổ quốc.Kết quả là các lớp họckhóa trên đều vắng hoe.Để lấp đầy chỗ trống, người ta bắt đầu “đẩy”các học sinh khóa sau lên mức độ mà ở đó họ có thể làm đượccáccông việc phứctạp hơn.Đối vớitôi điều đó rất có lợi: Tôiđã nhanh chóng kết thúc các lớp dưới vàkhi tuổi đời còn rất trẻ tôi đã được làmquenvới kiếnthức cơ bản của Toán học, VậtLý học, Hóa học ở mức độ cao hơn.Tôi học Toán theocác quyển sách mà trong đó chứa đựngcác kiến thứcToán họcnhiều hơnso với trên lớp”. Ônglại tiếp tục dòng hồi tưởng củamìnhkhi còn ở trường trung học“…người ta coitrọng sự tận tâm của tôi dành cho khoahọc”dù rằng trong các cuộc đấu thể thao “tôi không bao giờ maymắn”. Có lẽ là chínhviệc ngôi trườngtrung họcnày được đặttrong tòa nhà của một trường college kỹ thuật với quyền sử dụng cácphòng thí nghiệm tốtđã đóngvai trò thuận lợi. Vào năm1918khi Paul Dirac 16tuổi ông đã trở thành sinh viên của khoakỹ thuật điện củatrườngđại họcBristol,ngôitrườngđại học này cũng được đặt trong tòa nhànơi cóngôitrườngtrung họctrướcđó và sau 3năm ôngđã tốt nghiệpxuất sắc. Những năm họctrongtrường đại họclà thờigian rấtquan trọng trongviệchình thành một nhà khoahọctrẻ tuổi; chínhở nơi này ôngđã làm quen với lý thuyết tương đối tính và chínhnó đã đóng vai trò rất lớn trong các công trìnhcủa ôngsau này. Ôngđã tiếp thu được nhiềuđiều từ thầy giáo củamình là PeterFrezer, người đã biết cách mangđến cho cácsinh viên của mình sự hiểu biếtvề tính hoàn chỉnh, chặt chẽ của logic vàvẻ đẹp toán họcnói chungvà hình học nói riêng. Mặc dù Dirac học rấttốt nhưnggiống như kỹ sư khác ôngkhôngđược ai nhận. Cố gắng nhận được họcbổngở trường đại họcCambridge cũngkhông thànhcông. Chỉ sau 2 năm sau những cố gắng ông mới đượcđền đáp bằng một suất học bổng không lớn lắm và ôngcó thể trở thành nghiên cứu sinh. Ông đến Cambridgevào năm 1923. Bước nhảy thầnkỳ Những gìdiễnra trong vài nămsau cólẽ chỉ có thể diễn tả bằng 2 từ “kỳ diệu”. Ngườikỹ sư bình thường ngày hôm qua, tác giả của 2công trình không lớn về cơ học thống kêsẽ trở thành nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng trên toàn thế giới. Những công trình đầu tiên đã làm cho ông trở thành một tác gia kinhđiển và nhanh chóng giúpôngđạt giải Nobel vào năm 1933.Tất nhiên chínhmôi trườngkhoahọc của trường đại học Cambridge đã góp phầnlàm nênđiều đó.Trongthời gian đó Cambridge chính là một trong các trungtâm códanh tiếng về vật lý lý thuyết,nơi mà cácnhà vật lý toànChâu Âu thườngđếnđể thuyết giảng về các công trình khoa học của mình. Đóng một vai tròđáng kể ở Cambridge là “Club Capixa”. Nhà vậtlý người anh Bernal (1901– 1971) đã viết về “Club Capixa” như sau: “ Đó chính là một nơi tập hợp tất cả các câu hỏi quan trọngcủa Vật Lý; những nhà khoahọc với kiếnthức rộng rãi củamình đứng lêntranhluận giốngnhư ở tòa án và phải chịu những câu hỏi hóc búa…”. Vào năm 1924Diractrở thành thành viên của Club Capixa. Ở đó ông đã làm quen với Heisenberg,một trong nhữngngười sánglập nên Cơ học lượng tử ma trận.Khi đó Dirac 23 tuổi, Heisenberglớn hơn1 tuổi. Các cuộc gặp gỡ đã trở nên quan trọngđối với cả hai. Trong2 năm tiếp theoDirac phát triển côngcụ toán họccủa Cơ học lượng tử – lý thuyết biểu diễn – cho phéphiểu sự tương đương giữa các phương pháp mô tả khác nhautronglý thuyết lượng tử. Không lâu sau đó ông giới thiệu phươngpháplượng tử thứ cấp mở ra con đường đi tới sự mô tả lượng tử của trườngđiện từ. Một trongcác hệ quả của điệnđộng lực học lượngtử được xây dựng theo phương pháp đó chính là các kếtluận liên quan đến sự phát xạ cưỡng bức và chính chúngđã trở thànhđiều cơ bản trong điện tử học lượngtử ngày nay.Mộtnăm trướcđó – cùng lúcvà khôngliên quan – Dirac vàEnrico Fermi (1901 –1954) đã phát triển thống kê họcđối với các hạtcó spin bằng½ số nguyên (như electron). Sauđó 1 năm DiraccùngHeisenbergđã khámphá ra tương tác trao đổi (exchange interaction).Nhưng thành quả lớnnhất khôngnghi ngờ gì nữa chính làsự xuất hiệncủa phương trìnhDirac. Electrontươngđối tính Hai lýthuyết lớn củathế kỷ 20 chínhlà thuyết tương đối và cơ học lượngtử được pháttriển song song trong vònggần20 năm, mặc dù càngngày càng rõràng rằng việc hợp nhấtchúng là cần thiết và không thể tránh khỏi. Thực tế việc hợp nhất này đã bắt đầu từ buổi đầu của sự xuất hiện lý thuyết lượng tử: chínhtừ “lượng tử” ban đầu được đưa vàobởi MaxPlank (1858-1947) phùhợp với sự phát xạ điện từ, còn phát xạ điện từ là “đối tượngtươngđối tính từ lâu”. Nhưng khi xuất hiệnlý thuyết lượng tử nguyên tử khi mà đối tượng xemxét là electronthì ban đầu electronđượcmô tả bởi phươngtrình sóng phitương đối.Phương trìnhnày được đưa ra bởi ErwinShrodinger (1887-1962), có kèm theochữ “phi tươngđối” vì nguyênnhânlà dạngphươngtrìnhkhông thayđổi chỉ khi thựchiện phép biến đổi phi tương đối Galileo đối với tọa độ và thời giannhưng thay đổi nếusử dụng phép biến đổi tươngđối Lorentz. Có thể tiếp cận phương trình Shrodinger khisử dụng biểu thứcđối với năng lượng toànphần là tổng của động năngvà thế năngvà thaytọa độ và động lượngở trong biểuthức đó bằng cáctoántử thích hợp (operators). Nhưng trong thuyết tương đối thì biểu thứcnăng lượng thayđổi:đối với hạt tự do năng lượngtỉ lệ thuận với căn bậc hai củatổng các bình phương độnglượng vàkhối lượng tĩnh nhân với bình phươngvận tốcánhsang. Khi tính đến các sự việc nàyvà sử dụng các phương pháp toán “tinh tế” và “xinh đẹp” để khai cănDirac đã đi đếnphươngtrình“trứ danh” mangtên ông. Phương trình nàyđược công bố trong công trình xuất bản ngày 1/2/1928. Sau nàychính tác giả viết: “Tôiđã phát hiệntừ phươngtrình này rằngelectron có spin bằng½ và mô mentừ và các giátrị của chúng phù hợp với kết quả thực nghiệm.Kết quả nhận được hoàn toàn là bất ngờ.<…>Tôi đã cho rằng lời giải đơn giản nhất nhận được đối với hạtkhôngcó spin, nhưng sauđó cần phảithêmvào spin…” Nhưng một điều cần phải lưuý chính làbởi vì căn bậc2 có 2 dấu vì vậy ngoàitrạng thái với năng lượng dương còn tồn tại trạng thái với năng lượng âm.Ở mức với năng lượngâm tất cả electronbắt buộc phải “sụp đổ” thậm chí nếu banđầunó có năng lượngdương.Hình như là xuấthiện một sự khó khănkhôngvượt qua nổi. Nhưng mà ở đây Dirac đã đưa ra ý tưởng không chỉ giải quyếtkhó khăn này mà còn mở ra mộtviễn cảng “sáng lạng”.Ý tưởng này có thể được chỉ ra 1 cách đơn giản vàrõ ràng:chỉ cần chấp nhận rằng tất cả các mức nănglượng âm đều bị chiếm đầy vìvậy theo nguyênlý Pauli (1900-1958)không có thêm mộtelectronnào có khả năng xâm nhập trên các mức năng lượngâm này.Do đó xuất hiệnmột “hình tượng” mới vàđặc biệtđó chính là chân không-đây hoàn toàn không phải là một “chỗ trống rỗng”, không phải là trạngthái vớisố electronbằng0, màngược lại là một “biển” vô tận electron, nhưngchúng ta không thể nhận thấy chúng vì năng lượng của chúng có giátrị âm. Tuy nhiên điềunày hoàntoàn làkhôngcó nghĩa rằng “biển” electron nàykhôngthể quan sát được về mặt nguyên tắc: nếucung cấp năng lượngcho 1 eletronnào đó trong“biển” này,ví dụ như từ gamma-lượng tử, đủ lớn để chuyển dịchelectronnày lên trạng thái có năng lươngdươngthìdiễn ra việc “sinhcặp”: 1 eletronvớinăng lươngdương xuất hiện vàchỗ chiếm giữ trước kia của nó trên mức năng lươngâm là1 “lỗ trống”. Trong trườngđiện (từ) ngoài lỗ trống này thể hiện như là 1 phần tử có cùng khối lượng như electron với giátrị điện tíchbằngvề độ lớn vàngược dấu. Do vậy lý thuyết đi đến tiên đoán tồntại phản hạt electron.Phản hạt này gọi là positron sau đó không lâu được phát hiện trong thí nghiệmcủa Karl DavidAnderson(giải Nobelnăm 1936). Bâygiờ khái niệmvề phảnhạt của tất cả các hạt đã đi vàovật lý hiện đại một cách thuyết phục và vững chắc. Vài nét về chân dung Cuộc đời của Diracvới sự cố gắng, nỗ lực sángtạo không ngừngvề hình thức bên ngoài có thể chỉ ra bởi các sự kiện bình lặng vànghèo khó. Vào năm 1930cuốn sách “Cơ sở của cơ học lượngtử” của ông đượcxuất bản. Mức độ chặt chẽ và sự mớimẻ củaphươngpháp toánhọckhông phải ai cũnghiểu được dùđó là 1 nhà lý thuyết cótêntuổi; Heisenberg thậm chí còn cho rằng một vài luận điểmcòn “quá tượng trưng(symbolical) so với nhữnggì cần thiết”. Tuynhiên cảmnhận về sự hoàn thiện, vẻ đẹp mangtínhtoán họccủa cáclý thuyết ở một mức độ cao cấp là bản tính củaDirac. Vàonăm1955 khi DiracđếnMatxcơva giáosư D.D. Ivanenko hỏi ông đã viết cái gì bằng phấn lên tường trongphòng làmviệc thuộcbộ môn vật lý lý thuyết. Dòngchữ này, hiện nay được lưugiữ cẩn thận dưới 1 tấmkính, có nội dungnhư sau : “ Physicallawsshouldhave mathematicalbeauty”tạm dịch là “Các định luật vậtlý cần phải mangvẻ đẹp của toán học”. Điều này có thể gọi làphương châmlàm việc của Dirac.Ôngtin tưởnghầu như một cách nghiêmtúc rằng nếu lý thuyết “đẹp” thìtự nhiên khôngthể sử dụng nó. Về chuyến đi củaDiractới Nga hiện naycó lưu giữ một số câu chuyện. Ở một hội thảo quốctế nơi mà ông cần đến, mọingườiđã chờ đợiông với tâm tranghồi hộp, lo lắng và sốtruột. Có nhiều câu hỏi dành cho tác giả chỉ ngay saukhicuốn sách “Cơ sở của cơ học lượngtử” xuất bản. Cuộcgặp gỡ đã diễn ra trọng thể và Dirac ngồi ở chiếc ghế chủ tọa…Nhưng sauđó buổi hội thảo đã làm thất vọng nhiều người vì Dirac trả lời tất cả mọi câu hỏi hoặc là “Đó là điều viết trongcuốn sách của tôi” hoặc là “Tôi không biết điều đó”. Ngoài ra Ia. A.Cmorodinskyicòn kể một tình tiết : “Mekhra nói rằnganh ấy cần phải đi ăn sáng với Dirac ở ColledgeSt. John. Mekhra bắt đầucuộc nói chuyện với sự lưu ýrằng hôm nay sẽ có gió. Dirac imlặng đứng dậy khỏi bàn và đi tới cửa ra vào.Mekhra sợ hãi và cố hiểu xem anh ta đã làm mếchlòng gì nhà khoahọc bậc thầy. NhưngDirac đi đến cửachính, đóngnó lại sau đó trở lại bàn ăn, ngồi xuốngvà nói rằng: “Vâng, đúngvậy”. Nhiều hành động củaDirac làm luốngcuống vàbổi rối ngay cả những ngườibạn thân của ông. Một trong số họ là I. E.Tamm (1nhà vật lý lýthuyết nổi tiếng người Nga) nhớ lại một tìnhtiết thú vị. Trongmột chuyến đi đến Matxcơva Diracdừng chân nghỉ ở ngôi nhàcủa Tamm;ông cần phải chuẩn bị báo cáo khoahọc và để cho ko ai có thể ảnh hưởng đến việc đó bà chủ nhà đã quyết đinh rằng cầnphải để ông ấy lại một mình.Lập tức Dirac chạy đến sau bà chủ và nói: “Hãy dọn luôn nó,không thì nó sẽ làm tôi xaonhãng!”và “nó”ở đây làmột con gấu bông. Có thể nhậnthấy rằng các chuyến viếng thăm Liên Xô đã để lại dấu ấn. Vào năm 1954 khimà Dirac được người ta mời đếnPrinceton, Mĩ đã kocấp visa nhập cảnh choông, theonhư Dirac cho rằng làdo nguyên nhân viếngthăm Liên Xô trước đó. Từ 1932 đến 1967Diraclà giáo sư đại học Cambridge, vào năm 1969 theoluật định ông về hưu và chuyển đến Florida,ở đây ông làmviệc trong trungtâm vật lý lý thuyết và trongđại họcliênbang.Ông tiếptục những công việc đã bắt đầu trước đó trong đó có việc phát triển tiên đề về từ tích (magnetic charge-monopole Dirac), về sự phụ thuộc vào thời giancủa hằng số trọng lực,cố gắng tìm lờigiảicho vấn đế phân kỳ (có nghĩa là cácgiá trị vô cùng mà lýthuyết trườnglượng tử đã đưa ra cho một loạt các giá trị vật lý), đưavàokhái niệm metric vôhạn (củacáctrạng thái với xác suất dươnghoặcâm), xâydựnglý thuyết chungcho các trường cổ điển, đề ra lý thuyết “miuon” (heavyelectron) như là trạng thái dao động cưỡng bức của electron,ngoài ra ông còn viếtrất nhiều vấn đề nữa. Hầunhư cho đến những ngày cuối đời ôngvẫnquenvới việcđi dạomột mình và rất lâu.Di hàicủa ông yên nghỉ rất xaquê hương AnhQuốc,ở trongnghĩa địaở Tallahasi. . Paul Dirac Paul Adrien Maurice Dirac (8 tháng 8 năm 1902 - 20 tháng 10 năm 1984) là một nhà vật lý lý thuyết người. tại Đại họcFlorida CharlesAdrienLadislas Dirac, chacủaPaul Diracnhập cư từ Thụy Sĩ vào Anh Quốc, cho đến năm 1902 ông cùngvợ Florence và3 người con (lúcđó Paul có 1 anh trai và 1 emgái) sống ở Bristoltrong. lặng vàcô độc của PaulDirac.Thậm chí bữa ăncũng không thể nối kết gia đình lạivới nhau.Paulthườngăn trưacùngcha, còn anh trai và em gái thì thường ăn cùng mẹ trong nhà bếp. Paul ược gia đình