พอล ดิแรก (Paul Dirac)

 ภาพจากเว็บ  nl.wikipedia.org

                     ในวงการวิทยาศาสตร์ปัจจุบันความจริงในธรรมชาติอย่างหนึ่ง คือ อนุภาคทุกชนิด ล้วนมีปฏิอนุภาค หรือ Antiparticleเป็นสิ่งคู่กัน อิเล็กตรอนมีแอนติอิเล็กตรอน หรือโปสิตรอน โปรตอนมีแอนติโปรตอน นิวตรอน มีแอนตินิวตรอน ควาร์ก มีแอนติควาร์ก  ผู้ให้กำเนิดความคิดเรื่องปฏิอนุภาค คือ พอล ดิแรก

ปัญหาใหญ่ที่สุด ท้าทายนักฟิสิกส์ในปัจจุบัน คือ การรวมแรงพื้นฐาน 4 แรงเข้าด้วยกัน ซึ่งก็คือ  การรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพ เข้ากับทฤษฎีควอนตัมนั่นเอง แต่เรื่องนี้จริงๆ แล้ว ต้องแยกพิจารณาเป็น 2 ส่วน คือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ในส่วนเป็นภาคพิเศษกับภาคทั่วไป เพราะมิใช่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั้งสองภาค ซึ่งยังรวมเข้ากับทฤษฎีควอนตัมไม่ได้ หากเป็นเพียงทฤษฎีสัมพัทธภาพภาคทั่วไป เพราะทฤษฎีสัมพัทธภาพภาคพิเศษ ถูกรวมเข้ากับทฤษฎีควอนตัมได้แล้ว ตั้งแต่เมื่อปี ค.ศ.1928 โดยพอล ดิแรก และสมการซึ่งรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพภาคพิเศษ เข้ากับสมการกลศาสตร์ควอนตัมได้สำเร็จนี้ ก็รู้จักเรียกกันเป็น สมการดิแรกหรือ Dirac Equation จนกระทั่งทุกวันนี้

พอล ดิแรก เป็นชาวอังกฤษ เกิดที่บริสตอล ,กลอสเตอร์ไชร์ ประเทศอังกฤษ เมื่อวันที่ 8 สิงหาคม ค.ศ .1902 ถึงแก่กรรม วันที่ 20 ตุลาคม ค.ศ.1984 ที่ฟลอริดา สหรัฐอเมริกา สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีวิศวกรรมศาสตร์ไฟฟ้า เกียรตินิยมอันดับหนึ่ง จากมหาวิทยาลัยบริสตอล ในปี ค.ศ. 1921 แต่เบนเข็มไปศึกษาต่อทางด้านคณิต- ศาสตร์และฟิสิกส์ทฤษฎี ได้รับปริญญาตรีคณิตศาสตร์เกียรตินิยมอันดับหนึ่งใน ปี ค.ศ.1923 และสำเร็จการศึกษาปริญญาเอกฟิสิกส์ทฤษฎี จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ในปี ค.ศ. 1926ในช่วงระยะที่ พอล ดิแรก กำลังเป็นนักศึกษาอยู่ ความเคลื่อนไหวที่สำคัญของวงการฟิสิกส์ คือพัฒนาการของทฤษฎีควอนตัม และทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ทั้งภาคพิเศษและภาคทั่วไปพอล ดิแรก สนใจทฤษฎีควอนตัม สนใจคุณสมบัติความเป็นคลื่นและอนุภาคของอนุภาคดังเช่นอิเล็กตรอน และก็สนใจทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ทั้งสองภาคอย่างแน่นอน เขายังไม่สามารถรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพภาคทั่วไปเข้ากับสมการกลศาสตร์ควอนตัมได้ (เพราะจนกระทั่งถึงปัจจุบันนี้ ก็ยังไม่มีนักฟิสิกส์คนใดทำได้)

แต่เขาก็สร้างสมการที่เป็นผลจากการรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพภาคพิเศษเข้ากับสมการกลศาสตร์ควอนตัมได้ ซึ่งก็คือ สมการดิแรก และจาก สมการที่รวมทฤษฎีสัมพัทธภาพภาคพิเศษเข้ากับสมการกลศาสตร์ควอนตัมของดิแรกนี้เอง เป็นที่มาของปฏิอนุภาคจากสมการดังกล่าว พอล ดิแรก พบว่าอิเล็กตรอนในสมการดูเหมือนจะมีได้ถึงสองชนิด คือ ชนิดมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ และชนิดมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ทั้งนี้ เพราะจากการแก้สมการ มีคำตอบ หรือ Solution ที่เป็นไปได้อย่างทัดเทียมกัน 2 คำตอบ ที่คำตอบหนึ่ง เป็นของอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ อีกคำตอบหนึ่งเป็นของอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็นบวกพอล ดิแรก ประกาศในปี ค.ศ.1931 ว่าอิเล็กตรอนมีสองชนิด คือ ชนิดมีประจุไฟฟ้าลบ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดี และชนิดใหม่มีประจุไฟฟ้าบวกหนึ่งปีต่อมา อิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าบวก ก็ถูกค้นพบจริงจากการทดลอง ผู้ค้นพบปฏิอนุภาคของอิเล็กตรอน หรือ โปสิตรอน คือ คาร์ล เดวิด แอน เดอร์สัน (Carl David Anderson) ในปี ค.ศ.1932 จากการศึกษารังสีคอสมิกในคลาวด์ แชมเบอร์ (Cloud Chamber) ซึ่งเขาพัฒนาขึ้นมาจากคลาวด์ แชมเบอร์ รุ่นก่อนๆ ด้วยการเพิ่มแผ่นตะกั่วแบ่งห้องในคลาวด์ แชมเบอร์ ทำให้เขาสามารถศึกษาคุณสมบัติของอนุภาคในคลาวด์ แชมเบอร์ ได้ดีขึ้น

คาร์ล เดวิด แอนเดอร์สัน พบรอยทางของอนุภาคจากภาพถ่ายในคลาวด์ แชมเบอร์ มีคุณสมบัติทั่วไป คือมวลเท่าของอิเล็กตรอนปกติ แต่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ดังอนุภาคที่ พอล ดิแรก ได้พยากรณ์เอาไว้ และเขาเสนอชื่อเรียกอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็นบวกนี้ ว่าโปสิตรอน ซึ่งก็เป็นที่ยอมรับใช้กันอย่างรวดเร็วต่อมา

จริงๆ แล้ว คาร์ล แอนเดอร์สัน ได้เสนอชื่อเรียกอนุภาคอิเล็กตรอนที่คุ้นเคยกันดี ซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบว่าเนกาตรอน (Negatron) แต่ไม่เป็นที่นิยมเรียกกัน ชื่อ เนกาตรอน จึงเลือนหายไป

ผลงานการค้นพบปฏิอนุภาคของอิเล็กตรอน ทำให้คาร์ล แอนเดอร์สัน ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปีค.ศ.1939 ร่วมกับ วิกเตอร์ ฟรานซิส เฮสส์ (Victor Francis Hess) ผู้ค้นพบรังสีคอสมิก ซึ่งเป็นการค้นพบนำทาง คาร์ล แอนเดอร์สัน สู่การค้นพบโปสิ-ตรอนนั่นเอง

หลังการค้นพบปฏิอนุภาคของอิเล็กตรอนคือ โปสิตรอน นักฟิสิกส์หลายคนก็พยายามค้นหาปฏิอนุภาคของอนุภาคชนิดอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโปรตอน แต่ก็ต้องใช้เวลานานหลังการค้นพบโปสิตรอนถึง 23 ปี  จึงมีการค้นพบปฏิอนุภาคของโปรตอนในปี ค.ศ.1955 โดย เอมิลิโอ เซเกรย์ (Emilio Segre) และ โอเวน แชมเบอร์เลน (Owen Chamberlain) ผลงานซึ่งทำให้นักฟิสิกส์ผู้ค้นพบแอนติโปรตอน ทั้งสองคนได้รับรางวัลโนเบล  สาขาฟิสิกส์ ประจำปีค.ศ.1959 ร่วมกันต่อๆ มา ก็มีการค้นพบปฏิอนุภาคของอนุภาคอื่นๆ

นอกเหนือไปจากอิเล็กตรอน และโปรตอน นำไปสู่การยอมรับในวงการวิทยาศาสตร์ปัจจุบันว่าอนุภาคทุกชนิดมีปฏิอนุภาคเป็นคู่ๆ กันอยู่

ผลงานเชิงทฤษฎีของพอล ดิแรก ในเรื่องของปฏิอนุภาค ทำให้นักฟิสิกส์คนอื่นๆ สร้างผลงานระดับรางวัลโนเบลจากการค้นพบปฏิอนุภาคจริงๆ สำหรับ พอล ดิแรก เอง ก็ได้รับรางวัลโนเบล สาขาฟิ-สิกส์ ประจำปี ค.ศ.1933 (ขณะนั้นเขามีอายุเพียง 31 ปี) จากผลงานเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับปฏิอนุภาคของอิเล็กตรอน หลังการค้นพบโปสิตรอนจริงหนึ่งปี แต่ พอล ดิแรก มิได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานเกี่ยวกับปฏิอนุภาคเท่านั้น ผลงานที่ทำให้เขาได้รับราง วัลโนเบล คือ ผลงานเกี่ยวกับการพัฒนาทฤษฎีควอนตัม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในส่วนเกี่ยวกับกลศาสตร์คลื่น หรือ Wave Mechanics ด้วย

พอล ดิแรก มิใช่นักฟิสิกส์คนเดียวที่มีส่วนช่วยการพัฒนาทฤษฎีควอนตัม นักฟิสิกส์ดังเช่น เออร์วิน ชโรดิงเจอร์ เป็นนักฟิสิกส์อีกคนหนึ่ง ซึ่งมีบทบาทเด่นเป็นพิเศษในการพัฒนาทฤษฎีควอนตัม ดังนั้นผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ประจำปี ค.ศ.1933 จึงมีสองคน โดยอีกคนหนึ่ง คือ เออร์วิน ชโรดิงเจอร์ นั่นเอง

พอล ดิแรก ได้รับการแต่งตั้งเป็น Lucasian Professor of Mathematics ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ในปี ค.ศ.1932 (ขณะมีอายุเพียง 30 ปี) ตำแหน่งนี้เป็นตำแหน่งที่มีเกียรติอย่างสูงส่งในวงการวิทยาศาสตร์ เพราะเป็นตำแหน่งที่ ไอแซก นิวตัน เคยได้รับมาก่อนเป็นคนแรก พอล ดิแรก เป็นคนที่สอง และคนที่สาม คือ นักฟิสิกส์ที่ได้รับการยกย่องในวงการวิทยาศาสตร์ปัจจุบัน เป็นผู้เหมาะสมที่สุดสำหรับตำแหน่งทายาทของไอน์สไตน์ คือ สตีเฟน ฮอว์คิง (Stephen Hawking)

สตีเฟน ฮอว์คิง ได้กล่าวยกย่อง คาร์ล แอนเดอร์สัน ในพิธีเปิดแผ่นจารึกเกียรติประวัติของพอล ดิแรก ที่โบสถ์เวสต์มินสเตอร์ในกรุงลอนดอน เมื่อปี ค.ศ.1995 ว่า “ดิแรกได้ทำมากกว่าคนอื่นๆ ทั้งหมดในศตวรรษ (ที่ยี่สิบ) นี้ ยกเว้นเพียงไอน์สไตน์คนเดียว สำหรับความก้าวหน้าของฟิสิกส์ และเปลี่ยนภาพจักรวาลของเรา”

 

ข้อมูลจาก  Physics World