Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

1928. Η εξίσωση του Dirac. Α relativistic quantum mechanical wave equation.

Έκανε την εμφάνισή της το 1928. Είναι, όπως και η εξίσωση του Schrödinger μια μαθηματική δομή με « κυματοσυνάρτηση» η οποία περιγράφει τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων αλλά διαφέρει στο ότι, σε αυτήν, η Κβαντομηχανική συστεγάζεται με τη Θεωρία της Σχετικότητας, ενώ στην εργασία του Schrödinger δεν συμβαίνει κάτι τέτοιο.

Μολονότι ο Dirac βρίσκεται στην «όχθη» των ερευνητών της Κβαντομηχανικής επιχειρεί να δημιουργήσει μια γέφυρα ανάμεσα στις συγκρουόμενες τα χρόνια εκείνα Κβαντομηχανική και Σχετικότητα και δείχνει ότι ακόμα και γαι την περιγραφή της «περιπέτειας» ενός ηλεκτρονίου – αλλά και κάθε σωματιδίου με spin ½ - είναι αναγκαίες και οι δύο. Με τα λόγια του Einstein « είναι η τέλεια εξίσωση της Κβαντικής Φυσικής »

Paul Dirac και Αντιύλη. Η εξίσωση αυτή οδηγούσε τη σκέψη του Dirac στο παράξενο συμπέρασμα ότι στο Σύμπαν πρέπει να κυκλοφορούν σωματίδια καθένα από τα οποία είναι δίδυμο αδελφάκι του ηλεκτρονίου, «ηλεκτρόνιο με θετικό φορτίο», «αντιηλεκτρόνιο». Αντίστοιχα στο Σύμπαν πρέπει να κυκλοφορούν και «ΑΝΤΙΠΡΩΤΟΝΙΑ». Δεν ήταν παρά μία θεωρητική υπόθεση. Ωστόσο δύο μόλις χρόνια αργότερα η υπόθεση επιβεβαιώθηκε όταν ο Αμερικανός πειραματικός Carl Anderson ανίχνευσε αντιηλεκτρόνια στην κοσμική ακτινοβολία. Τα αντιηλεκτρόνια ονομάστηκαν ΠΟΖΙΤΡΟΝΙΑ. Εικοσιπέντε χρόνια μετά, ο Ιταλός Emilio Segré ανίχνευσε και τα αντιπρωτόνια. Ο Dirac είχε προβλέψει την ΑΝΤΙΥΛΗ.

1930. Principles of Quantum Mechanics. Αρχές της Κβαντομηχανικής. Πρόκειται για ένα ορόσημο στην Ιστορία της Φυσικής. Γρήγορα έγινε ένα από τα βασικά βιβλία Κβαντομηχανικής και αυτό ισχύει μέχρι και σήμερα. Στο έργο του αυτό ο Dirac ενσωματώνει την εργασία με Μatrix mechanics

( Μηχανική Μητρών) του Werner Heisenberg και την Κβαντική Μηχανική του Erwin Schrödinger σε ένα ενιαίο μαθηματικό φορμαλισμό ο οποίος συνδέει μετρήσιμες ποσότητες με τελεστές που λειτουργούν στον χώρο Hilbert. O μαθηματικός αυτός φορμαλισμός περιγράφει την κατάσταση κάθε φυσικού συστήματος.

1929. Δυο νεαροί φυσικοί στο Σικάγο.

O ένας 27 ετών και Άγγλος, ο άλλος 28 ετών και Γερμανός.

Ο Paul Dirac και ο Werner Heisenberg.

Δύο από τις κορυφαίες ιδιοφυίες του 20 αιώνα.

Κβαντική θεωρία πεδίου. Ο Dirac ήταν αυτός που μας έδωσε την πρώτη κβαντική θεωρία για το ΦΩΤΟΝΙΟ.

Ένωσε τις δύο θεωρίες, εκείνη που περιέγραφε το ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟ και την άλλη που περιέγραφε το ΦΩΤΟΝΙΙΟ

ανοίγοντας τον δρόμο για μία θεωρία ΚΒΑΝΤΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ .

Ήταν το πρώτο παράδειγμα μιας ΚΒΑΝΤΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΠΕΔΙΟΥ.

Δεν εξηγούσε μόνο το «πώς» τα ηλεκτρόνια εκπέμπουν και απορροφούν φωτόνια αλλά και «πώς»

ΔΥΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΑΠΩΘΟΥΝΤΑΙ ΜΕΤΑΞΥ ΤΟΥΣ ΑΝΤΑΛΛΑΣΣΟΝΤΑΣ ΕΝΑ ΦΩΤΟΝΙΟ

Βασική της ιδέα ήταν ότι

ΚΑΤΙ ΠΟΥ ΜΟΙΑΖΕΙ ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ θεωρείται σαν

ΠΟΛΛΑ ΔΥΝΗΤΙΚΑ ΦΩΤΟΝΙΑ ΠΟΥ ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΚΑΙ ΕΞΑΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΔΙΑΡΚΩΣ

Η νεογέννητη κβαντική θεωρία πεδίου πέρασε δύσκολα παιδικά χρόνια ανάμεσα στις δεκαετίες του 1930 και του 1940 όταν άρχισε να πλήττεται από μαθηματικές δυσκολίες

Ένα επίσης σοβαρό ερώτημα ήταν . « Τι είναι αυτά τα ΔΥΝΗΤΙΚΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ που κάνουν ξαφνικά την εμφάνισή τους από το πουθενά; Έτσι παραβιάζεται η ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ». Η απάντηση που δόθηκε ήταν : «Ορισμένες μορφές ύλης μπορούν να δανείζονται ενέργεια από το πουθενά για πολύ μικρό χρονικό διάστημα, με την προϋπόθεση ότι η ενέργεια αυτή επιστρέφεται πριν παραβιαστεί η ΑΡΧΗ της ΑΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΤΙΑΣ, οπότε δεν παραβιάζεται και η ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ» . Η δανεισμένη αυτή ΕΝΕΡΓΕΙΑ μπορεί - σύμφωνα με την εξίσωση Ε = mc² - ΝΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΗΣΕΙ ΕΝΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ συγκεκριμένης μάζας, ένα δυνητικό σωματίδιο με ύπαρξη φευγαλέα, ένα μποζόνιο. Η ιδέα που έκανε την πρώτη της εμφάνιση με τον Paul Dirac επανήλθε το 1935 σε μια πιο γενικευμένη μορφή από τον σημαντικότερο Ιάπωνα φυσικό της εποχής 1935 και συνδέθηκε με τη γέννηση ενός νέου σωματιδίου . Ο Hideki Yukawa πρότεινε την ύπαρξη ενός σωματιδίου με χαρακτήρα φευγαλέας ύπαρξης . . ήταν το μεσόνιο που αργότερα αποσαφηνίστηκε ότι είναι πι μεσονιο ή πιόνιο.

Με ανάλογο τρόπο μπορούμε να θεωρήσουμε την ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ μεταξύ δύο ηλεκτρονίων ως ΑΝΤΑΛΛΑΓΗ ενός ΔΥΝΗΤΙΚΟΥ ΦΩΤΟΝΙΟΥ και ίσως πρέπει να το λέμε «δυνητικό» για να το ξεχωρίζουμε από όλα εκείνα τα φωτόνια του φωτός που διατηρούν την ενέργειά τους επί δισεκατομμύρια χρόνια εφόσον δεν απορροφηθούν από κάποιο άτομο.

1926. Η κατανομή Fermi-Dirac

Το 1926 ο Enrico Fermi και ο Paul Dirac, και οι δύο σε ηλικία 25 ετών, επεξεργάστηκαν μαθηματικά το ζήτημα της κατανομής της ενέργειας σε σωματίδια και οδηγήθηκαν σε κοινή πρόταση

Η πρόταση απαντούσε στο ερώτημα « πως κατανέμεται μια ποσότητα ενέργειας ενός συστήματος στα διακεκριμένα παρόμοια σωματίδια τα οποία το συγκροτούν » . Το σύστημα βρίσκεται σε θερμική ισορροπία

Είχαν προηγηθεί η αναφερόμενη σε σωματίδια ( μόρια ) ενός αερίου πρόταση των Maxwell και Boltzmann τον 19^ο αιώνα και η αναφερόμενη σε σωματίδια όπως το φωτόνιο που δεν υπακούουν στην Απαγορευτική Αρχή του Pauli ( «απαγορεύεται η συγκατοίκηση» ) πρόταση των Bose και Einstein το 1924.

Η πρόταση των Fermi και Dirac αναφέρεται σε σωματίδια όπως το ηλεκτρόνιο τα οποία υπακούουν στην

Απαγορευτική Αρχή του Pauli. Τα σωματίδια αυτά θα ονομαστούν φερμιόνια.

.