Paul Adrien Maurice Dirac (1902 – 1984) es considerado uno de los físicos más importantes del siglo XX. Prácticamente, desconocido para el gran público. Se le sitúa muy cerca de personajes como Albert Einstein, Planck y Schrödinger. Sus contribuciones a la física revolucionaron los paradigmas físicos para siempre. Aquí, un relato conciso y sencillo de su vida y de sus aportes al mundo de la ciencia.
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| Paul Dirac. Foto de edición propia. |
Desde su infancia pronto mostró particular facilidad para las matemáticas. A nivel profesional cursó estudios de ingeniería eléctrica en la Universidad de Bristol, en el que sus intereses se inclinaron especialmente, por el análisis en la utilización de las matemáticas y cómo la ingeniería hacen de estas una vía factible y objetiva hacia la resolución de todo tipo de problemas.
No mucho tiempo después, sus intereses y razonamientos se basaron en una cuestión epistemológica que aún hoy en día es campo abierto de discusión y debate —debo confesar que yo mismo escribí un libro al respecto de ello— sobre la firme creencia de que:
Una teoría que intente explicar leyes fundamentales del comportamiento de la naturaleza, generalmente puede y debe construirse de manera sólida y lógica desde lo que el rigor matemático nos brinda. Lo anterior, sobre la base de a aproximaciones que nos otorga la intuición. Por eso mismo, se parte del hecho que, no se puede llegar a tener certezas apodícticas de cuáles son en realidad los hechos acontecidos y analizados en cuestión —dado que, éstos pueden llegar a ser de una complejidad tal que difícilmente pueden llegar a ser descritos con exactitud—, por lo que desde ya, el físico y/o el matemático deberá entender que solo le queda ‘contentarse’ con un conocimiento tan sólo aproximado de la realidad.
Sería en 1926 cuando Paul Dirac realizaría su mayor contribución a la ciencia al enunciar las leyes que rigen el movimiento de las partículas atómicas. Sus contribuciones se diferenciarían de los demás investigadores acerca de este tema, por su simplicidad y claridad. Entre sus méritos, también se haya lo que se ha catalogado como una idea y aporte de índole revolucionaria: según lo cual el comportamiento del electrón puede ser descrito mediante cuatro funciones de onda que simultáneamente satisfacen cuatro ecuaciones diferenciales —las cuales se omiten aquí, por la complejidad de las mismas, teniendo en cuenta que este texto se escribe para quienes recién se introducen en el pensamiento histórico de la filosofía y de las ciencias—.
Esas ecuaciones describen que el electrón debe rotar alrededor de su eje —lo que se conoce como espín—, y también que se puede encontrar en estados energéticos de signo negativo, lo cual no parece corresponder con la realidad física. A este respecto, Dirac sugirió que la deficiencia energética de un electrón en ese estado sería equivalente a una partícula de vida corta y cargada positivamente; la antimateria.
Paul Dirac y la antimateria
En junio de 1927, tomó un retiro por varios meses para dedicarse exclusivamente a un ambicioso proyecto que consistiría en combinar las dos teorías de la nueva física, la Mecánica Cuántica y la Relatividad Especial. El resultado fue que logró obtener una ecuación de movimiento para las partículas válida incluso a velocidades cercanas a la de la luz.
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| Foto de la famosa quinta conferencia de Solvay. 1927 |
Después de ello, se dispuso a trabajar en una publicación que vería la luz en 1928 dónde expondría una ecuación para explicar el comportamiento relativista del electrón donde la célebre ecuación de ondas de Schrödinger ya no regía. En ella se observaba una simetría con una implicación inquietante por su consecuencia:
Era la existencia de una partícula ‘simétrica’ al electrón, una partícula con su misma masa, portando la misma cantidad de carga eléctrica ―pero, positiva― de manera que cada vez que un electrón se encontrase con su partícula ‘simétrica’ ambas se destruirán y sus cuerpos desaparecerán convertidos en un soplo de energía.
Dirac sabía lo que sus ecuaciones implicaban, de manera que desde el rigor matemático profetizó la existencia de antimateria. Su rigurosidad le alejo inmediatamente de discusiones inútiles acerca de ‘engaños’ y subterfugios producto de las ‘trampas’ por los sentidos que fueran los que le llevaron a decir que la antimateria existía, sino que fue debido a un proceso mental que tuvo como guía una ecuación matemática bien establecida.
En 1931, con el extraordinario artículo Singularidades cuantizadas en el campo electromagnético, Dirac predijo la existencia y las propiedades de una nueva partícula:
… se trataría de un nuevo tipo de partícula, desconocido para la física experimental, con la misma masa que el electrón pero carga opuesta. Podríamos llamar esta partícula ‘anti-electrón’ —lo que hoy llamamos: positrón—.
Esta hazaña requeriría de Dirac el coraje necesario para insistir en el desarrollo de programas en física teórica hacia esa teoría de una partícula desconocida —que terminaría constituyendo el primer ejemplo de antimateria—. Es digno de mencionar que incluso para él mismo, ignoró la trascendencia de sus descubrimientos. casi un años después, se confirmaría la existencia del positrón por los experimentos sobre los rayos cósmicos en 1932.
De Dirac además de su personalidad retraída se sabe que sus trabajos siempre se guiaron por una máxima: La belleza. Al respecto él mismo diría;
Los modelos de un matemático, como los de un pintor o un poeta, deben ser hermosos: las ideas, como los colores o las palabras, deben enlazarse de una forma armoniosa. La belleza es el requisito básico: no hay lugar en el mundo para las feas matemáticas.
Einstein le escribiría a un amigo suyo sobre el trabajo de Dirac:
[…] Dirac me da dolores de cabeza. Este equilibrio en un sendero vertiginoso entre el genio y la locura es terrible. ¡Nada a lo que aferrarse con firmeza!
En la historia de la ciencia, en especial de la Física y las Matemática la ecuación de Dirac, tiene especial mérito por haber sido concebida a partir de consideraciones puramente teóricas, y que ella explicara perfectamente el movimiento y las propiedades de los electrones; inclusive propiedades intrínsecas como las de su momento angular —el espín—, eran también una conquista del intelecto humano derivado de las poderosas herramientas de la lógica. Por eso su ecuación es el descubrimiento clave en la vida de Dirac, y contiene todos los elementos que lo hicieron famoso; representa por llamarlo de manera concisa, su ideograma.
Premio Nobel de Física
Paul Dirac ganó el premio Nobel en 1933 junto a Erwin Schrödinger ‘por el descubrimiento de nuevas formas productivas de teoría atómica’. Como lo era propio de su conocido carácter de no querer ser foco de atenciones, estuvo tentado a rechazar el premio, pero lo aceptó cuando el prestigioso Sir Ernest Rutherford le dijo:
Un rechazo generará mucha más publicidad.
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| Erwin Schrödinger con quién Dirac compartió el nobel de Física en 1933. |
