Descubra la apasionante vida de un brillante científico en esta entrada del blog.
¿Cuál fue la historia de Paul Dirac?
Paul Dirac fue un físico teórico británico que realizó contribuciones fundamentales al desarrollo de la mecánica cuántica, la teoría cuántica de campos y la electrodinámica cuántica. Se le conoce sobre todo por sus intentos de unificar las teorías de la mecánica cuántica y la relatividad. Su ecuación de Dirac, formulada en 1928 y que describe el comportamiento de fermiones como el electrón, predijo la existencia de antimateria como el positrón. Compartió el Premio Nobel de Física de 1933 con Erwin Schrödinger «por el descubrimiento de nuevas y productivas formas de teoría atómica» y algunos lo consideran uno de los físicos más grandes de todos los tiempos.
Paul Adrien Maurice Dirac nació el 8 de agosto de 1902 en Bristol, Inglaterra. Fue criado en un hogar inusualmente estricto y autoritario por su padre, un inmigrante suizo, y educado en el Merchant Venturers’ Technical College (donde su padre era profesor de francés), una institución adscrita a la Universidad de Bristol que hacía hincapié en las materias científicas y los idiomas modernos.
Dirac continuó sus estudios en la Universidad de Bristol, graduándose en 1921 en ingeniería eléctrica, seguido de una licenciatura en matemáticas aplicadas en 1923. Obtuvo una beca para investigar en el St John’s College de Cambridge, donde permaneció durante la mayor parte de su carrera, dedicándose a sus intereses en la relatividad general y el campo emergente de la teoría cuántica, inicialmente bajo la supervisión de Ralph Fowler.
Empezó a trabajar en mecánica cuántica casi tan pronto como fue introducida por Werner Heisenberg en 1925, y obtuvo el doctorado en 1926 por su cuantificación canónica de la mecánica clásica basada en la formulación matricial de la mecánica cuántica propuesta recientemente por Heisenberg. Su equivalente matemático independiente de la formulación matricial de Heisenberg consistía en un álgebra no conmutativa para calcular propiedades atómicas.
A partir del trabajo de Wolfgang Pauli sobre sistemas de espín no relativistas, propuso la «ecuación de Dirac» en 1928 como ecuación relativista del movimiento para la función de onda del electrón. Este trabajo también le llevó a predecir la existencia del positrón (la antipartícula del electrón, idéntica a él en todos los aspectos excepto en su carga, cuya existencia fue observada y confirmada por Carl Anderson en 1932) y la aniquilación materia-antimateria, así como a ayudar a explicar el origen del espín cuántico como fenómeno relativista. También fue responsable del desarrollo de la notación «bra-ket» (o notación de Dirac), la notación estándar para describir estados cuánticos en la teoría mecánica cuántica, consistente en corchetes (chevrones) y barras verticales.
Dirac viajó mucho, especialmente en sus años de juventud, y estudió en varias universidades extranjeras, como Copenhague, Gotinga, Leyden, Wisconsin, Michigan y Princeton, y visitó la Unión Soviética en varias ocasiones. En 1929, tras pasar cinco meses en América, continuó su vuelta al mundo visitando Japón (con Heisenberg), para regresar después a través de Siberia.
Su libro de 1930, titulado «Principios de mecánica cuántica», se considera una referencia en la historia de la ciencia y se convirtió rápidamente en uno de los libros de texto estándar sobre la materia (aún se utiliza hoy en día). En esta obra, Dirac integró los trabajos anteriores de Heisenberg sobre mecánica matricial y los de Erwin Schrödinger sobre mecánica ondulatoria en un único formalismo matemático. Fue en gran parte gracias a este libro que ganó su parte del Premio Nobel de Física en 1933.
En 1932 se convirtió en Profesor Lucasiano de Matemáticas en Cambridge, cargo que ocupó durante los 37 años siguientes. A principios de la década de 1930, Dirac introdujo la idea de la polarización del vacío y desarrolló el campo de la electrodinámica cuántica (fue el primero en utilizar el término). En 1933, demostró que la existencia de un único monopolo magnético en el universo bastaría para explicar la cuantificación observada de la carga eléctrica (aunque hasta la fecha no se ha encontrado ninguna prueba convincente de la existencia de monopolos magnéticos físicos). En 1937, propuso un modelo cosmológico especulativo basado en la llamada hipótesis de los «grandes números» que, aunque no ha sido aceptada por la corriente principal de la física, ha tenido gran influencia en los defensores de otras cosmologías no estándar.
Dirac se casó con Margit «Manci» Wigner (hermana del físico y matemático húngaro-estadounidense Eugène Wigner) en 1937. Adoptó a los dos hijos de Margit, Judith y Gabriel, y la pareja tuvo dos hijos más, Mary y Florence. Se le conocía como un hombre muy preciso y ordenado, pero tímido, modesto y taciturno, y se ha afirmado que su autismo fue crucial para su éxito como físico teórico. Sus importantes contribuciones a la física estuvieron motivadas en gran medida por principios de belleza matemática y en una ocasión dijo: «Dios utilizó bellas matemáticas para crear el mundo». Sin embargo, se dice que dijo: «No reconozco ningún mito religioso, al menos porque se contradicen entre sí», y criticó duramente la manipulación política de la religión.
Paul Dirac ganó el Premio Nobel de Física de 1933 con su colega Erwin Schrödinger por el descubrimiento de nuevas formas productivas de teoría atómica. También fue galardonado con la Medalla Real (en 1939), la Medalla Copley y la Medalla Max Planck (ambas en 1952), entre otras distinciones, y fue elegido miembro de la Royal Society en 1930, y de la American Physical Society en 1948, y nombrado Miembro de la Orden Británica del Mérito en 1973.
Durante la Segunda Guerra Mundial trabajó en la separación del uranio y las armas nucleares, pero su trabajo se alejó cada vez más de la corriente dominante al final de su vida. En la década de 1960 desarrolló una teoría de «cuantificación restringida», identificando reglas cuánticas generales para sistemas clásicos arbitrarios, y su análisis de los campos cuánticos de las vibraciones de las membranas a principios de la década de 1960 ha demostrado ser extremadamente útil para los practicantes modernos de la teoría de supercuerdas y su sucesora estrechamente relacionada, la teoría M.
Después de enseñar como Profesor Lucasiano de Matemáticas en Cambridge de 1932 a 1968, se trasladó a Florida para estar cerca de su hija Mary, pasando sus últimos años enseñando en la Universidad de Miami en Coral Gables y en la Universidad Estatal de Florida en Tallahassee. Dirac murió el 20 de octubre de 1984 en Tallahassee, Florida, donde está enterrado.