Az antivilág antiköltője

Paul Dirac születésének száztizedik évfordulóján. A szívesen csipkelődő Leon Lederman az alábbi ?műalkotást? tulajdonítja Paul Diracnak, az első antirészecske megjövendölőjének, a huszadik század egyik legjelentősebb fizikusának:

?A megvénülés ronda kórság,

Fizikusnak nagy veszély,

Halj meg inkább jó korán,

Mint harminc évnél többet élj?.

Az erről szóló ?tudósítás? nem egy irodalmi lap kritikai rovatában, hanem Az isteni a-tom, mi a kérdés, ha a válasz a világegyetem című érdekfeszítő tudományos ismeretterjesztő könyvben jelent meg. A szerző sem kritikus, még ha a világot ilyen szemmel is szemléli -, hanem Nobel-díjas fizikus, ráadásul hosszú időn keresztül kora legnagyobb részecskegyorsítója, a Fermilab igazgatójaként a földkerekség legrangosabb kitüntetéséhez segítette néhány munkatársát. Az általa közölt kis rigmus viszont pontosan érzékelteti a múlt század húszas éveinek hangulatát: a kutatás lázában élő fiatalok a lehető legrövidebb idő alatt fel kívántak jutni a csúcsra. A legjobbaknak ez sikerült is: a kvantummechanikát kialakító generációt sihedereknek nevezték az idősebb kollégák. Nem egy közülük doktori disszertációjáért kapta meg a fizikai Nobel-díjat. Annyira pelyhedző állúak voltak, hogy a két legnagyobbat, Werner Heisenberget és Paul Diracot a kitüntetés étvételére az anyukájuk kísérte el, hiszen még meg sem fordult fejükben a párválasztás lehetősége.

Paul Adrien Maurice Dirac száztíz évvel ezelőtt, 1902. augusztus 8.-én az angliai Bristolban látta meg a napvilágot. Apja, a Svájcból emigrált Charles Dirac franciát tanított. Igazi ?szendvicsgyerek? volt: bátyja és húga között őrlődött, túlságosan tekintélytisztelő természete visszahúzódóvá tette, a későbbiekben soha sem beszélt gyermekkoráról. Annak ellenére, hogy nem vonzódott különösebben a gyakorlati tantárgyakhoz, mégis ez határozta meg fiatalkorának nagy részét: a bristoli egyetem gyakorlóiskolájában, a természettudományos tantárgyakat előtérbe helyező Merchant Ventures Technical College-ben végezte középfokú tanulmányait, majd a helyi egyetemen szerzett villamosmérnöki diplomát. De ekkor már tudta, hogy másra vágyik, így a doktorátusát már elméleti fizikából szerezte meg. Szerencséje volt: a legjobbkor volt a legjobb helyen.

Tudni érdemes, hogy a múlt század húszas évei volt a fizika legforrongóbb időszaka: már elfogadottá vált Einstein relativitáselmélete, az is, hogy az atomi világba soha nem tudunk belátni, ebből következően csak elméleti apparátussal tudjuk valószínűsíteni a szubatomi világban lejátszódó folyamatokat, ráadásul az elemi részecskék tulajdonságait és mozgását nem lehet hagyományos egyenletekkel leírni. A bombát a huszonöt éves Werner Heisenberg robbantotta, aki 1926-ban a mátrixelméleten alapuló, részecskék mozgását leíró egyenletét nyilvánosságra hozta. Az idősebb nemzedék irtózattal vette tudomásul, hogy a hagyományos matematikára ezen a területen nem lehet számítani. Hamarosan jött a felmentő lovag: egy év múltán Erwin Schrödinger osztrák fizikusnak sikerült a huszárvágás: hagyományos módon, hullámfüggvény alakjában határozta meg az első elemi részecske, az elektron mozgását. Fellélegzett a fizikustársadalom: mégse olyan rossz a helyzet, mint amilyennek tűnik.

Dirac árgus szemmel kísérte az eseményeket. Ő ugyan azt tűzte ki célul, hogy megpróbálja összeegyeztetni Einstein relativitáselméletét a Heisenberg-féle kvantummechanikával, az talán még álmában sem vetődött fel benne, hogy egyidejűleg még Schrödinger egyenletét is igazolja, sőt olyan következtetésre jut, ami fordulatot jelent a természettudományos világképben. Az elektron tulajdonságait leíró, hamarosan róla elnevezett Dirac-egyenletnek ugyanis két megoldása volt, akárcsak a másodfokú egyenletnek is két gyöke van. Ilyenkor egy ?normális? tudós azt mondja: az első megoldás a reális, a másodiknak nincs fizikai alapja. Nem így Dirac: ha ez jött ki, akkor ez így igaz, amiből le kell vonni a következtetést. Megtette: le merte írni és ki merte mondani, hogy ez nem kevesebbet jelent, mint hogy az elektronnak van egy ellenpárja, antirészecskéje, amely pozitív töltésű. Sőt, minden részecskének van ilyen antirészecskéje, vagyis létezik egy antivilág. Fizikailag ez annyit jelent, hogy ha egy részecske találkozik saját ellentétpárjával, akkor az einsteini energiaegyenletnek megfelelően, energia kisugárzás közben megsemmisülnek. Ez túl meredek volt. Ilyen esetben érvényes a régi angol mondás: ?a puding próbája, hogy megeszik?. Ami hamarosan be is következett: öt év múltán, 1932-ben Carl Anderson a kaliforniai Cal-Tech kutatója a Wilson-féle ködkamrából származó fényképfelvételekből azonosított egy kozmikus részecskét, amelynek pályája megegyezett az elektronéval, csak éppen ellenkező irányú volt. Azonnal be is jelentette: megtalálta az antirészecskét, a Dirac által megjósolt pozitront, ami akkora szenzációnak számított, hogy a New York Times a címoldalán közölte az amerikai kutató fényképe társaságában. Ez elindította a lavinát: ebből egyértelműen következik, hogy a mi világunk mellett van egy ?antivilág?! A felfedezés eredménye szabályos Nobel-díjeső lett: még ugyanebben az évben megkapta Heisenberg, a következőben Paul Dirac, Erwin Schrödingerrel megosztva, majd három év múltán a vihart kiváltó Anderson is átvehette a világ legrangosabb tudományos elismerését.

A siker szele Diracot is elragadta: 1932-ben kinevezték a Camridge-i egyetem tanárának, arra a tanszékre, amelyen a legendák övezte Isaac Newton, a klasszikus fizika megalapítója, sírfelirata szerint ?az emberiség dísze? is működött. Itt dolgozott egészen 1969-es nyugdíjba vonulásáig.

Magánélete 1934-ben vett fordulatot. Ekkor találkozott élete nagy szerelmével. Az eset tudománytörténeti szempontból is rendkívül érdekes és tanulságos. Neumann János és Wigner Jenő a fasizmus előretörésekor, 1933-ban választották új hazájukul az Egyesült Államokat, mindketten a princetoni egyetem tanárai lettek. Neumann János igazi társasági ember volt, imádta a partikat, amelyeket heti rendszerességgel feleségével együtt meg is rendeztek. A vendéglistát nézve elmondható, hogy a huszadik század legjelesebb koponyái vettek részt ezeken az összejöveteleken. 1934-ben egy ilyen vidám estén ismerkedett meg a Neumann-villában Paul Dirac Wigner Mancival, a későbbi Nobel-díjas magyar tudós húgával. Egymásba szerettek. Esetükben minden bizonnyal igaz, hogy az ellentétek vonzzák egymást: Mancinak ugyanis fogalma sem volt arról, mekkora nagy tudós a jövendőbelije. Egy egész életet töltöttek együtt a legnagyobb harmóniában, anélkül, hogy tudományról szó esett volna közöttük. Wigner Jenő ezt így örökítette meg: ?Manci soha nem értett meg sokat a fizikából, ami keveset megértett, azt pedig határozottan utálta. Soha nem is tudta rávenni magát, hogy a fizikát megszeresse. Paul ezt nem bánta: tudta, hogy Mancinak akármi is a véleménye a tudományról, szereti őt. Diracnak pedig valahogyan sikerült Mancit és a fizikát egyszerre szeretni?.

Dirac a későbbiek folyamán is behatóan foglalkozott az elektron tulajdonságaival. Az köztudott, hogy nemcsak az égitestek forognak saját tengelyük körül, de az elemi részecskék is, amit spinnek, magyarán perdületnek neveznek. Villamosan töltött részecske esetén – az elektron is ilyen – a perdület egyben mágneses erőhatást is jelent, vagyis az elektront egy miniatűr mágnesnek is tekinthetjük. Sikerült egy olyan egyenletet levezetnie, amelyből az következik, amit korábban az egész szakma elutasított: létezik egypólusú elektron, vagyis nem irreális az egypólusú mágnes. Ezt a levezetését 1948-ban hozta nyilvánosságra. Azóta is heves vita dúl elméletének helyességéről, tekintve, hogy a legutóbbi hatvan évben nem sikerült az egypólusú mágnest kimutatni.

Filozófiai gondolatai is a matematika iránti mély tiszteletét bizonyítják. Szerinte az Isten csak matematikus lehet. Egy másik alkalommal azt nyilatkozta, hogy ?a matematika az absztrakt fogalmak elsajátításának az eszköze, és mint ilyennek, végtelen a hatalma?.

Bár hatvanhét évesen ment nyugdíjba, a tétlenséget nem bírta elviselni: elfogadta a Florida State University állásajánlatát, így az amerikai Tallahassebe költözött. Gyakorlatilag élete utolsó pillanatáig dolgozott, 1984. október 20-án hunyta le örökre a szemét. Nyolcvankét éves volt. Bár jóval túlélte a saját magának meghatározott kort, el kell mondani, hogy fő célját így is teljesítette: harminc éves kora előtt feljutott a csúcsra. Hogy a Nobel-díjat ?öregen?, harmincegy évesen vehette át, az nem az ő hibája.

Hatása a mai napig tetten érhető: 1930-ban írt, A kvantummechanika alapjai című tankönyvét nemcsak jelenleg használják, de minden bizonnyal a jövő a diákjai is haszonnal forgatják majd szerte a világon.

Az utókor sem feledkezett meg róla: 1995-ben leplezték le emléktábláját a Westminster-apátságban, ahol a dicső előd, Isaac Newton alussza örök álmát. Utolsó PhD hallgatója, Dr. Bruce Hellman professzor 1997-ben tiszteletére megalapította a Dirac-díjat, amelyet évente a Florida State University kiemelkedő kutatójának osztanak ki.

Comments are closed.