Paul Dirac nació enBrístol (Inglaterra).[1] Su padre, Charles, fue un inmigrante del cantónsuizo deValais que enseñabafrancés. Su madre, originaria deCornualles, era hija de marineros.[2][3] Paul tenía una hermana pequeña (Beatrice Isabelle Marguerite) y un hermano mayor (Reginald Charles Felix), que se suicidó a los veintiséis años, en 1924. Dirac describió su infancia como infeliz, por la severidad y autoritarismo de su padre. Una reciente biografía ha matizado tal carácter, haciendo referencia al propio carácter difícil y taciturno de Paul.[4]
Estudió en la Bishop Primary School[5] y en el Merchant Venturers Technical College, una institución de laUniversidad de Brístol, que enfatizaba técnicas modernas como poner ladrillos, hacer zapatos y trabajo con metal y lenguas modernas (algo inusual en la época, y a lo que Dirac estaría siempre agradecido).[6]
Se graduó en ingeniería eléctrica en laUniversidad de Brístol en 1921 con grandes calificaciones.[7] Tras trabajar poco tiempo como ingeniero, Dirac decidió que su verdadera vocación eran las matemáticas. Completó otra carrera en matemáticas en Brístol en 1923 y fue entonces admitido en la Universidad de Cambridge, donde desarrollaría la mayor parte de su carrera. Empezó a interesarse por lateoría de la relatividad aunque Ebenezer Cunningham, especialista en Cambridge en ese campo, no le aceptó como estudiante y entonces trabajó bajo la supervisión deRalph Fowler que trabajaba en el naciente campo de lafísica cuántica.
En 1926 desarrolló una versión de lamecánica cuántica en la que unía el trabajo previo deWerner Heisenberg y el de Erwin Schrödinger en un únicomodelo matemático que asocia cantidades medibles con operadores que actúan en elespacio vectorial de Hilbert y describe el estado físico del sistema. Por este trabajo recibió un doctorado en física por Cambridge.
En 1928, trabajando en losspines norelativistas dePauli, halló laecuación de Dirac, una ecuación relativista que describe alelectrón. Este trabajo permitió a Dirac predecir la existencia delpositrón, laantipartícula del electrón, que interpretó para formular elmar de Dirac. El positrón fue observado por primera vez porCarl Anderson en 1932. Dirac contribuyó también a explicar el spin como un fenómeno relativista.
El libroPrincipios de la Mecánica Cuántica de Dirac, publicada en 1930, se convirtió en uno de los libros de texto más comunes en la materia y aún hoy es utilizado. Introdujo lanotación bra-ket y la funcióndelta de Dirac.
En 1931 Dirac mostró que la existencia de un únicomonopolo magnético en el universo sería suficiente para explicar la cuantización de lacarga eléctrica.[8]
El 29 de enero de 2014, el profesor David S. Hall del Amherst College Physics y de la Academia Research Fellow Mikko Möttönen de la Universidad Aalto reportan que han logradocrear, identificar y fotografiar monopolos magnéticos sintéticos en el laboratorio.
Paul Dirac compartió en 1933 el Premio Nobel de Física conErwin Schrödinger «por el descubrimiento de nuevas teorías atómicas productivas».[9] Dirac obtuvo la cátedra Lucasiana de matemáticas de laUniversidad de Cambridge donde ejerció como profesor de 1932 a 1969.
Dirac pasó los últimos años de su vida en la Universidad Estatal de Florida enTallahassee,Florida. Allí murió en 1984, y en 1995 se colocó una placa en su honor en laAbadía de Westminster enLondres.
Entre sus numerosos alumnos[10][11] se encontrabanHomi J. Bhabha,[12]Fred Hoyle,John Polkinghorne[13] yFreeman Dyson.[14] Polkinghorne recuerda que a Dirac "una vez le preguntaron cuál era su creencia fundamental. Se dirigió a una pizarra y escribió que las leyes de la naturaleza deberían expresarse en bellas ecuaciones".[15]
The Principles of Quantum Mechanics (Los principios de la mecánica cuántica) (1930): Este libro resume las ideas de la mecánica cuántica utilizando el formalismo moderno desarrollado en gran parte por el propio Dirac. Hacia el final del libro, también analiza la teoría relativista del electrón (laecuación de Dirac), de la que también fue pionero. Esta obra no hace referencia a ningún otro escrito disponible entonces sobre mecánica cuántica.
Lectures on Quantum Mechanics (Conferencias sobre mecánica cuántica) (1966): Gran parte de este libro trata de la mecánica cuántica en la curvatura espacio-tiempo.
Lectures on Quantum Field Theory (1966): Este libro sienta las bases de la teoría cuántica de campos utilizando el formalismo hamiltoniano.
Spinors in Hilbert Space (1974): Este libro basado en conferencias impartidas en 1969 en la Universidad de Miami, Coral Gables, Florida, EE.UU., trata los aspectos básicos de los espinores a partir de un formalismo real delespacio de Hilbert. Dirac concluye con las proféticas palabras "Tenemos variables bosónicas que aparecen automáticamente en una teoría que comienza sólo con variables fermiónicas, siempre que el número de variables fermiónicas sea infinito. Debe haber tales variables bosón conectadas con electrones...".
General Theory of Relativity (Teoría General de la Relatividad) (1975): Esta obra de 69 páginas resume la teoría general de la relatividad de Einstein.
Dirac era conocido entre sus colegas por su naturaleza precisa, al mismo tiempo que taciturna. CuandoNiels Bohr se quejaba de que no sabía cómo acabar una determinada frase en un artículo científico, Dirac le replicó: «A mí me enseñaron en la escuela que nunca se debe empezar una frase sin saber el final de la misma». Las anécdotas sobre su tendencia al silencio se hicieron famosas, y se acuñó una unidad, eldirac, para la unidad mínima de palabras que se podían decir en una conversación. Una reciente biografíaThe strangest man, deGraham Farmelo, ha sugerido que teníasíndrome de Asperger, porque su lenguaje era muy literal y no hablaba mucho con las personas.[4]
Sus amigos y colegas consideraban que Dirac tenía un carácter inusual. En una carta de 1926 aPaul Ehrenfest,Albert Einstein escribió sobre un artículo de Dirac: "Me estoy esforzando con Dirac. Este equilibrio en el vertiginoso camino entre el genio y la locura es horrible". En otra carta relativa alefecto Compton escribió: "No entiendo en absoluto los detalles de Dirac".[16]
También eran conocidas sus dificultades de relación social, su falta de empatía.
Dirac era también reconocido por su modestia. Llamó a la ecuación de la evolución temporal de un operador mecano-cuántico la «ecuación de movimiento de Heisenberg», cuando fue él el primero en escribirla. Para referirse a laestadística de Fermi-Dirac, él siempre insistió en decir estadística de Fermi, por razones de "simetría".[17]
Cuando en una ocasión, preguntaron sobrepoesía, contestando: «En ciencia uno intenta decir a la gente, en una manera en que todos lo puedan entender, algo que nunca nadie supo antes. La poesía es exactamente lo contrario».
Cuando visitó laUnión Soviética, fue invitado a una conferencia en filosofía de la física. Él se puso de pie y escribió en la pizarra: «Las leyes físicas deben tener la simplicidad y belleza de las matemáticas». Este concepto de belleza matemática, incluso antes de disponer de pruebas experimentales, guio prácticamente toda su carrera científica. Por sus frecuentes viajes a la Unión Soviética, no pudo entrar a los Estados Unidos durante algún tiempo.
Dirac era unateo reconocido. Tras hablar con Dirac,Pauli dijo en sus crónicas: «Si entiendo correctamente a Dirac, él dice: no hay Dios, y Dirac es su profeta».
Dirac aunque durante varios años se mostró como un ateo, con el paso del tiempo en 1963 declaró para un artículo deScientific American que considera a Dios como un gran matemático que empleó ciencia avanzada para crear el universo. En una conferencia en 1971.[18] se mostróescéptico de que la vida haya resultado porcasualidad y dijo que «se debe asumir que Dios existe» en relación con las leyes de la física cuántica.
Dirac no se comprometió con ningún punto de vista definido, pero describió las posibilidades de responder científicamente a la cuestión de Dios..[19]
Mantuvo posiciones políticas relativamente escoradas a la izquierda, aunque no militantes. Visitó a menudo la Unión Soviética y mantuvo una íntima amistad con el físico soviéticoPiotr Kapitsa. Aunque participó en el desarrollo teórico de laenergía nuclear y en desarrollos de ingeniería para el enriquecimiento de uranio, durante laSegunda Guerra Mundial se mantuvo prácticamente al margen de las investigaciones para el desarrollo dearmas nucleares.
Dirac es ampliamente considerado como uno de los físicos más importantes de todos los tiempos. Fue uno de los fundadores de lamecánica cuántica y laelectrodinámica cuántica, siendo considerado por algunos físicos como el físico más relevante del siglo XX.
Sus primeras aportaciones incluyen el cálculo moderno de operadores para la mecánica cuántica, que él llamó Teoría de Transformaciones, así como una versión temprana de la formulación deintegrales de camino. También creó un formalismo de muchos cuerpos para la mecánica cuántica que permitía que cada partícula tuviera su propio tiempo.
Su ecuación de ondas relativista para el electrón fue el primer planteamiento exitoso de una mecánica cuántica relativista. Dirac fundó lateoría cuántica de campos con su interpretación de laecuación de Dirac como una ecuación de muchos cuerpos, con la cual predijo la existencia de laantimateria así como los procesos de aniquilación de materia y antimateria. Asimismo, fue el primero en formular la electrodinámica cuántica, si bien no pudo calcular cantidades arbitrarias debido al límite de distancias cortas que requiere de larenormalización.
En 1937, Dirac se casó con Margit Wigner,[20] hermana del físico Eugene Wigner[21] y divorciada.[22] Dirac crio a los dos hijos de Margit, Judith y Gabriel, como si fueran suyos.[23] Paul y Margit Dirac también tuvieron dos hijas juntos, Mary Elizabeth y Florence Monica.[24]
Margit, conocida como Manci, había visitado a su hermano en 1934 en Princeton, Nueva Jersey, desde su Hungría natal y, mientras cenaban en el restauranteAnnex, conoció al "hombre de aspecto solitario de la mesa de al lado". Este relato de un físico coreano, Y. S. Kim, que conoció a Dirac y se vio influido por él, también dice: "Es una gran suerte para la comunidad física que Manci cuidara bien de nuestro respetado Paul A. M. Dirac". Dirac publicó once artículos durante el periodo 1939-46. Dirac pudo mantener su productividad investigadora normal sólo porque Manci se encargaba de todo lo demás".[25]
