Paul Dirac

Físicos. Científicos contemporáneos. Ecuación del electrón. Premio Nobel Física

  • Enviado por: Ikerina
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 8 páginas

publicidad
cursos destacados
Geometría Básica
Geometría Básica
En el curso de Geometría Básica aprenderás los fundamentos de esta rama de las matemáticas....
Ver más información

Productos Notables & Ejercicios resueltos Nivel 2
Productos Notables & Ejercicios resueltos Nivel 2
Aprende como trabajar con Productos Notables de forma fácil y divertida. En este curso de nivel 2...
Ver más información

publicidad

BIOGRAFÍA.

Dirac nació el 8 de agosto de 1902, en Bishopston, Bristol, Inglaterra. Su padre era suizo y enseñaba francés en la universidad técnica mercantil Venturers en Bristol. Su madre era de Cornwall. En 1918, entró a la universidad de Bristol, donde se graduó, en 1921, de ingeniero eléctrico con honores de primera clase. Atraído por las teorías de la relatividad de Einstein, pero impedido de tomar una beca en la universidad de Cambridge por razones financieras, permaneció en Bristol y se graduó en matemáticas, otra vez con honores de primera clase, en 1923.

Obtenido ese último grado académico, Dirac se fue al St John's College, Cambridge, para realizar investigaciones sobre física teórica bajo supervisión de Ralph Fowler del laboratorio Cavendish. Después de algunos años de intensa labor investigativa en ese establecimiento, Dirac finalizó el trabajo que le permitió obtener el premio Nobel. En 1932, lo designaron profesor de la cátedra de matemáticas Lucasian en Cambridge, puesto que fue ocupado en su época por Isaac Newton y hoy por Stephen Hawking.

Dirac tenía solamente 31 años cuando compartió el premio Nobel con el físico austriaco Erwin Schrödinger, en 1933. Hablaba con fluidez francés e inglés, pero era taciturno en ambos idiomas.

En 1937, Dirac se casó Margit Balasz ,hermana del famoso físico húngaro Eugene Wigner. El matrimonio tuvo dos hijas, Mary y Elisabeth. Dirac se retiró de Cambridge en 1969 y se cambió a la universidad del estado de la Florida en los EE.UU.. Murió en Tallahassee, Florida, el 20 de octubre de 1984.

SU TRABAJO.

Cuando Dirac se fue a Cambridge, a mediados de la década de 1920, varios experimentos habían demostrado que la física clásica no podría explicar el comportamiento de los átomos y de los electrones. En efecto, el impredecible comportamiento de las partículas en el mundo cuántico parecía tener poca relación con el comportamiento de los cuerpos a mucha mayor escala de la teoría de la relatividad. Ambas teorías estaban todavía evolucionando, y los esfuerzos por combinarlas sólo tuvieron éxito en parte. Por ejemplo, ninguno de los intentos de síntesis podía explicar adecuadamente una propiedad recientemente descubierta de los electrones llamada espín, propuesta para resolver las anomalías observadas en las posiciones y número de líneas en el espectro atómico. Por aquel entonces, los físicos pensaban que un electrón que girara rápidamente creaba un campo magnético, lo cual podía explicar esos cambios por otro lado misteriosos. Pero para producir estos efectos magnéticos, un electrón con las dimensiones asignadas en una teoría clásica tendría que girar tan rápido que los puntos de su ecuador excederían la velocidad de la luz, algo que la teoría de la relatividad decía que era imposible. En consecuencia, los físicos llegaron a la conclusión sobre la necesidad de una nueva teoría para explicar esos fenómenos.

Paul Dirac se enfrentó al desafío. Como su auténtica lengua eran las matemáticas, él consiguió en 1928 incorporar la relatividad a la descripción matemática de la mecánica de un átomo de hidrógeno. Su solución, llamada la ecuación Dirac del electrón, no sólo proporcionaba una explicación perfecta de las líneas espectrales sino que, en un inesperado desarrollo, describía también a los electrones de una forma que resolvía el dilema del espín. La sencilla elegancia de las matemáticas de Dirac hizo que su proposición consiguiera una aceptación rápida.

Dirac aseguró al espín un importante lugar en las nuevas mecánicas que iban a remplazar la «antigua teoría cuántica» de Bohr y Sommerfeld. No solamente el electrón, sino otras partículas también están dotadas de espín, cuyo papel es cardinal en la estructura del núcleo atómico.

El objetivo de Dirac fue el de formular una ecuación de la onda asociada al electrón que satisficiera el principio einsteiniano de la relatividad. Este exige una simetría de las tres coordenadas del espacio y de la coordenada del tiempo. Mas, la ecuación de la onda, en la mecánica de Scrödinger, no era simétrica en las cuatro coordenadas, siendo de segundo orden en los coeficientes diferenciales con respecto al espacio, y sin embargo, de primer orden en la derivada del tiempo. Dirac logró señorear las dificultades y establecer una función de ondas conforme al postulado de simetría relativista: los cuatro componentes de la función obedecen a cuatro ecuaciones de primer orden, cuyo conjunto reemplaza la única ecuación de propagación de la mecánica ondulatoria no relativista.

Antes que Dirac formulara su ecuación, el problema de unir adecuadamente la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad parecía estancado. Dirac, en su ecuación describe adecuadamente los fenómenos cuánticos y es compatible con el principio de la relatividad. Si existe algo así como una estética matemática, la ecuación de Dirac es una verdadera obra de arte, por la manera tan ingeniosa con la que el físico inglés resolvió un problema aparentemente irresoluble. Medularmente, la ecuación permite calcular la función de onda de un electrón, y de otras partículas elementales, tomando en cuenta todos los efectos relativistas. En ella, un electrón podía tener una energía infinitamente negativa. Pero lo que parecía una dificultad técnica resultó ser, gracias al ingenio de Dirac, la clave para descubrir un aspecto insospechado de la naturaleza.

La teoría de Dirac logra dar cuenta de la estructura fina de los espectros ópticos y rontgenográficos con toda exactitud; asimismo, suministra una interpretación de los efectos Zeemann.

El carácter relativista de su mecánica llevó a Dirac a admitir la posibilidad, para el electrón, de poseer un estado de energía negativa. Un corpúsculo en uno de estos estados manifestaría un comportamiento paradójico: para acelerarlo se requeriría frenarlo quitándole energía y, por el contrario, habría que proporcionarle energía para conducirlo a un estado de reposo. Nunca, en la experiencia, ningún electrón hizo evidente tan extrañas propiedades. Para salir de esta dificultad, Dirac, guiado por el principio de Pauli, formuló una ingeniosa hipótesis.

Para evitar que todos los electrones del universo cayeran a estados con energías infinitamente negativas, Dirac propuso que todos los estados con energía negativa estaban ocupados ya por electrones, aunque éstos no se puedan detectar directamente y esta aparente contradicción es todavía uno de los problemas más complejos de la física moderna. Pero si llegara a faltar uno de estos electrones de energía negativa, su ausencia, se detectaría como la presencia de una partícula con energía positiva y con la carga eléctrica contraria a la del electrón. Esa nueva partícula, predijo Dirac, sería un electrón; tendría la misma masa que un electrón y todas las demás propiedades, excepto el signo de la carga eléctrica, que sería positivo. Muchos científicos no creían en la hipótesis de Dirac, pero más tarde, en 1932, Charles David Anderson al estudiar con la cámara de Wilson choques entre átomos y rayos cósmicos, notó sobre las fotos las huellas de una nueva partícula, las del electrón con carga positiva.

BIBLIOGRAFÍA.

- Páginas web:

www.astrocosmo.cl

www.galeon.com

- Enciclopedia Larousse 2002.

INTRODUCCIÓN.

Paul Adrien Maurice Dirac fue uno de los físicos más influyentes del siglo XX. Muchas de sus contribuciones fueron cruciales para el desarrollo de la mecánica cuántica, la teoría que describe la naturaleza a escalas muy pequeñas. Compartió el premio Nóbel de física en 1933 con Erwin Schödinger por sus aportes a la teoría atómica.

ÍNDICE.

Introducción ------------------------------------------ Pág. 3.

Biografía ---------------------------------------------- Pág. 4.

Su trabajo --------------------------------------------- Págs. 5 a 8.

Opinión personal -------------------------------------- Pág. 9.

Bibliografía ------------------------------------------- Pág. 11.

OPINIÓN PERSONAL.

El trabajo que realizó Paul Dirac me parece muy interesante, porque se anticipó a su época y descubrió los electrones positivos antes que nadie, y que aunque nadie le creyese en un principio, siguió pensando lo mismo.

Vídeos relacionados