Computer und Paul Dirac: Unterschied zwischen den Seiten

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[[Datei:Babbages Analytical Engine, 1834-1871. (9660574685).jpg|thumb|right|Versuchsmodell der von [[wikipedia:Charles Babbage|Charles Babbage]] 1837 entworfenen programmierbaren [[wikipedia:Analytical Engine|Analytical Engine]], für die [[wikipedia:Ada Lovelace|Ada Lovelace]] das erste Computerprogramm schrieb.]]
[[Datei:Paul Dirac, 1933.jpg|mini|Paul Dirac 1933]]
Ein '''Computer''' [{{IPA|kɔmˈpjuːtɐ}}], auch '''Rechner''' oder '''[[wikipedia:EDV|Elektronische Datenverarbeitungsanlage]]''', ist ein Gerät, das mittels programmierbarer [[Algorithmus|Rechenvorschriften]] der '''Datenverarbeitung''' bzw. '''Informationsverarbeitung''' dient.<ref>Der Artikel ist eine Zusammenstellung aus den Wikipedia-Artikeln [[wikipedia:Computer|Computer]], [[wikipedia:Rechenmaschine|Rechenmaschine]],[[wikipedia:Computerprogramm|Computerprogramm]], [[wikipedia:Konrad Zuse|Konrad Zuse]] und [[wikipedia:Künstliche Intelligenz|Künstliche Intelligenz]].</ref>


== Hardware und Software ==
'''Paul Adrien Maurice Dirac''' (*&nbsp;[[8. August]] [[1902]] in [[w:Bristol|Bristol]]; †&nbsp;[[20. Oktober]] [[1984]] in [[w:Tallahassee|Tallahassee]]) war ein britischer [[Physiker]].


Ein Computer ist ein [[informationsverarbeitendes System]], das üblicherweise über Hardware- und Softwarekomponenten verfügt. Die '''Hardware''' umfasst alle [[physisch]]en Bauteile und bildet damit die [[Materie|materielle]] Grundlage des Computers. Um zu einem funktionstüchtigen Instrument zu werden, bedarf er allerdings auch einer dem System angepassten Software. Die '''Software''' besteht aus den auf dem Computer lauffähigen '''Computerprogrammen''' und den '''Daten''', die verarbeitet werden sollen. In beiden Fällen handelt es sich um reine immaterielle [[Information]]en, die auf unterschiedliche Weise physikalisch im Computer gespeichert werden können.
Dirac war ein Mitbegründer der [[Quantenphysik]]. 1933 wurde er mit dem [[w:Nobelpreis für Physik|Nobelpreis für Physik]] ausgezeichnet. Eine seiner wichtigsten Entdeckungen ist in der [[Dirac-Gleichung]] von 1928 beschrieben, in der Einsteins [[Spezielle Relativitätstheorie]] und die Quantenphysik erstmals zusammengebracht werden konnten. Ferner legte er die Grundlagen für den späteren Nachweis von [[Antimaterie]].


== Entwicklung der Computer-Technik ==
== Leben ==
[[wikipedia:Charles Babbage|Charles Babbage]] und [[wikipedia:Ada Lovelace|Ada Lovelace]] gelten durch die von Babbage 1837 entworfene Rechenmaschine [[wikipedia:Analytical Engine|Analytical Engine]] als Vordenker des modernen universell programmierbaren Computers, während [[wikipedia:Konrad Zuse|Konrad Zuse]] ([[wikipedia:Zuse Z3|Z3]], 1941 und [[wikipedia:Zuse Z4|Z4]], 1945), [[wikipedia:John Presper Eckert|John Presper Eckert]] und [[wikipedia:John William Mauchly|John William Mauchly]] ([[wikipedia:ENIAC|ENIAC]], 1946) die ersten funktionstüchtigen Geräte dieser Art bauten. Bei der Klassifizierung eines Geräts als ''universell programmierbarer Computer'' spielt die [[wikipedia:Turing-Vollständigkeit|Turing-Vollständigkeit]] eine wesentliche Rolle, benannt nach dem englischen Mathematiker [[wikipedia:Alan Turing|Alan Turing]], der 1936 das logische Modell der [[wikipedia:Turingmaschine|Turingmaschine]] eingeführt hat.<ref>{{Literatur|Autor=[[wikipedia:Alan Turing|Alan Turing]]| Titel=On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem| Sammelwerk=Proceedings of the London Mathematical Society| Band=Bd.&nbsp;s2-42| Nummer=1| Jahr=1937| Seiten=230–265| DOI=10.1112/plms/s2-42.1.230| Online=[http://www.cs.virginia.edu/~robins/Turing_Paper_1936.pdf PDF]}}</ref><ref>{{Literatur|Autor=Alan Turing| Titel=On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem. A Correction| Sammelwerk=Proceedings of the London Mathematical Society| Band=Bd.&nbsp;s2-43| Nummer=1| Jahr=1938| Seiten=544–546| DOI=10.1112/plms/s2-42.1.230| Online=[http://www.dna.caltech.edu/courses/cs129/caltech_restricted/Turing_1937_correction_IBID.pdf PDF]}}</ref>
Dirac wurde in [[w:Bristol|Bristol]], [[w:Gloucestershire|Gloucestershire]], [[England]] geboren. Sein Vater Charles Dirac war Schweizer mit Wurzeln im französischsprachigen [[w:Saint-Maurice VS|Saint-Maurice]] im [[w:Kanton Wallis|Wallis]]; er unterrichtete in Bristol an Diracs Schule das Fach Französisch. Seine Mutter, Florence Holten, war die Tochter eines Seemanns aus [[w:Cornwall|Cornwall]]. Seine Kindheit war infolge des strengen und autoritären Verhaltens des Vaters unglücklich – ein Bruder nahm sich das Leben.


=== Frühe Entwicklung von Rechenmaschinen und -hilfsmitteln ===
Dirac studierte zunächst 1921 [[Elektrotechnik]] in [[w:Bristol|Bristol]], wechselte dann zur Mathematik und bekam 1923 ein Stipendium für die [[w:Universität Cambridge|Universität Cambridge]], wo er bei [[w:Ralph Howard Fowler|Ralph Howard Fowler]] studierte. 1926 schloss er das Studium mit einer Dissertation zur [[Quantenmechanik]] ab.
[[Datei:Abacus 6.png|mini|Der [[wikipedia:Abakus (Rechentafel)|Abakus]]]]
[[Datei:CNAM-IMG 0527.jpg|miniatur|Modell eines Jacquard-Webstuhls, bei dem es für jeden unabhängig steuerbaren Kettensatz eine Lochreihe auf der Karte gibt.]]


Das früheste Gerät, das in rudimentären Ansätzen mit einem heutigen Computer vergleichbar ist, ist der [[wikipedia:Abakus (Rechentafel)|Abakus]], eine mechanische Rechenhilfe, die vermutlich um 1100 v. Chr. im indochinesischen Kulturraum erfunden wurde. Der Abakus wurde bis ins 17.&nbsp;Jahrhundert benutzt und dann von den ersten [[wikipedia:Rechenmaschine|Rechenmaschine]]n ersetzt. In einigen Regionen der Welt wird der Abakus noch immer als Rechenhilfe verwendet. Einem ähnlichen Zweck diente auch das Rechenbrett des [[Pythagoras von Samos|Pythagoras]].
[[Datei:Dirac,Paul 1963 Kopenhagen.jpg|mini|Paul Dirac mit seiner Frau Margit<br />Juli 1963 in Kopenhagen]]


1673 stellte [[Gottfried Wilhelm Leibniz]] eine von ihm entwickelte [[wikipedia:Staffelwalze|Staffelwalzen-Maschine]] der [[wikipedia:Royal Society|Royal Society]] in London vor. <br/>
Von 1932 bis 1969 war Dirac Professor des [[w:Lucasischer Lehrstuhl für Mathematik|Lucasischen Lehrstuhls für Mathematik]] an der [[w:Universität Cambridge|Universität Cambridge]]. 1937 heiratete er Margit (1904–2002), die Schwester des Physikers [[Eugene Wigner]]. Der Mathematiker [[w:Gabriel Andrew Dirac|Gabriel Andrew Dirac]] aus der ersten Ehe seiner Frau war sein Stiefsohn. Während des [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkriegs]] arbeitete Dirac an [[Gaszentrifuge]]n zur Urananreicherung. Ab 1970 war er an der [[w:Florida State University|Florida State University]] in [[w:Tallahassee|Tallahassee]] in Florida tätig.
Zitat von Leibniz:
{{Zitat|''Es ist unwürdig, die Zeit von hervorragenden Leuten mit knechtischen Rechenarbeiten zu verschwenden, weil bei Einsatz einer Maschine auch der Einfältigste die Ergebnisse sicher hinschreiben kann.''|Gottfried Wilhelm Leibniz}}


Die damalige Fertigungstechnik konnte zwar Zahnräder und andere mechanische Teile sehr genau fertigen, war jedoch von einem [[wikipedia:Austauschbau|Austauschbau]] weit entfernt.
Dirac war von zurückhaltender Natur. Es machte ihm nichts aus, in Gesellschaft zu schweigen und auf Fragen nur sehr wortkarge, einer strikten Wahrheitsliebe verpflichtete Antworten zu geben, wovon zahlreiche Anekdoten verbreitet waren.


Der wesentliche Unterschied zwischen den modernen Computern und den ersten mechanischen Rechenmaschinen, später auch den elektrisch und elektronisch betriebenen, besteht in der [[wikipedia:Computerprogramm|Programmierbarkeit]] der Computer.
Dirac war überzeugter [[Atheismus|Atheist]]. Auf die Frage nach seiner Meinung zu Diracs Ansichten bemerkte [[Wolfgang Pauli]] in Anspielung auf das islamische Gottesbekenntnis:
{{Zitat
|Text=Wenn ich Dirac richtig verstehe, meint er Folgendes: Es gibt keinen Gott und Dirac ist sein Prophet.}}


Ein wichtiger Schritt in diese Richtung war der von [[Wikipedia:Joseph-Marie Jacquard|Joseph-Marie Jacquard]] (1752–1834), einem [[Frankreich|französischen]] [[Wikipedia:Seidenweber|Seidenweber]] aus [[Wikipedia:Lyon|Lyon]], am 19. April 1805 vorgestellte [[Wikipedia:Jacquardwebstuhl|Jacquardwebstuhl]], der erstmals eine mit [[Wikipedia:Lochkarte|Lochkarte]]n gesteurte Generierung großer, vielfältig gestalteter [[Muster]] erlaubte. Durch je eine Lochkarte pro [[Wikipedia:Schussfaden|Schuss]] kann dabei jeder [[Wikipedia:Kettfaden|Kettfaden]] einzeln hochgezogen werden, wodurch praktisch beliebige Bilder gewoben werden können.
== Leistungen ==
1925 fand Paul Dirac in seiner Dissertation die klassische Entsprechung der neuen quantenmechanischen [[Kommutator (Mathematik)|Kommutatoren]] von [[Werner Heisenberg|Heisenberg]], [[Max Born|Born]] und Jordan mit den [[Poisson-Klammer]]n der klassischen Mechanik. 1926 entwickelte er eine abstrakte Fassung der [[Quantenmechanik]] („Transformationstheorie“), die die [[Matrizenmechanik]] Heisenbergs und die [[Wellenmechanik]] [[Erwin Schrödinger|Schrödingers]] als Spezialfälle enthielt. Somit konnte er unabhängig von Schrödinger die Äquivalenz beider Theorien zeigen. Die klassische [[Mechanik]] ergibt sich in seiner Theorie als Spezialfall der Quantenmechanik. Von Dirac stammt auch die Einführung des [[Wechselwirkungsbild]]s, das sowohl das Schrödinger- als auch Heisenberg-Bild verwendet.


=== Das erste Computerprogramm von Ada Lovelace ===
[[Datei:Diracb.jpg|mini|Paul Dirac an der Tafel]]
[[Datei:Zuse Z1-2.jpg|mini|Nachbau der Z1 im [[wikipedia:Deutsches Technikmuseum Berlin|Deutschen Technikmuseum Berlin]]. Das Original war im Wohnzimmer seiner Eltern aufgebaut und wurde samt den Plänen im Bombenkrieg zerstört. In den Jahren 1987 bis 1989 hat der damals fast 80-jährige Zuse seine Z1 aus der Erinnerung nachgebaut.]]
Als weltweit erstes Computerprogramm gilt eine Vorschrift für die Berechnung von [[wikipedia:Bernoulli-Zahl|Bernoulli-Zahl]]en, die [[wikipedia:Ada Lovelace|Ada Lovelace]] in den Jahren 1842/1843 für die mechanische [[wikipedia:Analytical Engine|Analytical Engine]] von [[wikipedia:Charles Babbage|Charles Babbage]] erstellte. Das Programm konnte ihrerzeit nur von Hand ausgeführt werden, da es im 19. Jahrhundert noch keine funktionsfähige Maschine gab, die dazu in der Lage war.


=== Erste Programme auf Lochstreifen / Konrad Zuse ===
1928 stellte er auf Grundlage der Arbeit von [[Wolfgang Pauli]] über das [[Pauli-Prinzip|Ausschließungsprinzip]] <!-- Pauli, 1925 --> die nach ihm benannte [[Dirac-Gleichung]] auf,<ref>P.A.M. Dirac: ''The quantum theory of the electron''. In: ''Proceedings or the Royal Society'', Band 117, 1928, S. 610, Band 118, S. 351</ref> bei der es sich um eine relativistische, also auf der [[Spezielle Relativitätstheorie|speziellen Relativitätstheorie]] beruhende [[Wellengleichung]] 1.&nbsp;Ordnung zur Beschreibung des [[Elektron]]s handelt. Dirac fand sie, indem er von der relativistischen Wellengleichung 2.&nbsp;Ordnung von [[Charles Galton Darwin]] ausging (einer Weiterentwicklung der [[Klein-Gordon-Gleichung]]) und ein wenig mit „Gleichungen herumspielte“, das heißt, er suchte einen Ansatz für eine entsprechende Gleichung 1.&nbsp;Ordnung, die sich nur mit dem Einführen von [[Spinor]]en und Dirac-Matrizen gewinnen ließ und deren „Quadrat“ wieder die relativistische Wellengleichung ergibt. Sie lieferte z.&nbsp;B. eine theoretische Erklärung für den anomalen [[Zeeman-Effekt]] und die [[Feinstruktur (Physik)|Feinstruktur]] in der Atomspektroskopie und erklärte den [[Spin]], der bis dahin in der Quantenmechanik als grundlegendes, aber unverstandenes Phänomen bekannt war, als natürliche Folge seiner relativistischen Wellengleichung.
In den Jahren 1936 bis 1941 entwarf [[wikipedia:Konrad Zuse|Konrad Zuse]] die Rechner [[wikipedia:Zuse Z1|Z1]] und [[wikipedia:Zuse Z3|Z3]], die lange Befehlsfolgen auf einem [[wikipedia:Lochstreifen|Lochstreifen]] verarbeiteten, die ersten Computerprogramme, die auf realen Maschinen ausgeführt werden konnten. Die Rechner beherrschten die vier Grundrechenarten und Quadratwurzelberechnungen auf binären [[wikipedia:Gleitkommazahl|Gleitkommazahl]]en, der Lochstreifen enthielt jeweils eine Rechenoperation und eine Speicheradresse. Zuse nahm damit bereits viele Ideen der heute in der Computerwelt weit verbreiteten [[#Von-Neumann-Architektur|Von-Neumann-Architektur]] vorweg.


Auf Zuse geht auch die erste höhere Programmiersprache ''[[wikipedia:Plankalkül|Plankalkül]]'' zurück. Damit lassen sich Probleme maschinenunabhängig formulieren und später in eine maschinenlesbare Form überführen.
Seine Gleichung erlaubte es Dirac auch, die [[Löchertheorie]] zu formulieren und die Existenz des [[Positron]]s, des [[Antiteilchen]]s des Elektrons, vorherzusagen (er scheute aber zunächst vor der öffentlichen Postulierung eines neuen Teilchens zurück und identifizierte das negative Antiteilchen des Elektrons mit dem Proton).<ref>Dirac. In: ''Proc. Roy. Soc.'', A, 126, 1929, S. 360. ''Nature'', Band 126, 1930, S. 605. Dirac meinte später, damals ging man allgemein davon aus, Elektron und Proton wären die einzigen Elementarteilchen. [[Robert Oppenheimer]], [[Igor Tamm]] und [[Hermann Weyl]] kritisierten die Identifikation schon 1930 und auch Dirac wandte sich 1931 davon ab und postulierte ein neues Teilchen (Proc. Roy. Soc. A 133, 1931, S. 60). Der Name Positron taucht zuerst 1933 in einer Arbeit von Carl Anderson auf (Physical Review, Band 43, S. 491). Abraham Pais ''Paul Dirac. Aspects of his life and work'', S. 15f, in Pais u.&nbsp;a. ''Paul Dirac'', Cambridge University Press 1998</ref> Das Positron wurde darauf [[1932]] von [[Carl David Anderson]] als neues Teilchen in [[Kosmische Strahlung|kosmischer Strahlung]] nachgewiesen. Im [[Dirac-Bild]] der Quantenfeldtheorie besteht das Vakuum in Analogie zur Festkörperphysik aus einem bis zur [[Fermi-Energie|Fermigrenze]] gefüllten [[Dirac-See]] von Elektronen. Paarerzeugung im Vakuum ist die Anregung eines Elektrons aus diesem Dirac-See über die Fermigrenze hinaus – das hinterlassene „Loch“ in dem Diracsee ist das Positron.


Auch wenn Zuse nie Mitglied der NSDAP wurde, hat er während des Kriegs keine erkennbaren Vorbehalte gegen die Arbeit in der Rüstungsindustrie gezeigt. Dokumente aus dem Nachlass Zuses belegen, wie "Rüstungsbetriebe und NS-Institutionen Zuses Computer mit über 250.000 Reichsmark" finanzierten.<ref>''Rassenforschung am Rechner.'' In: ''Der Spiegel.'' 24, 14. Juni 2010, S. 118 f.</ref> Seine Erfahrungen mit dem Militär hat Zuse im Rückblick folgendermaßen resümiert:
Sein 1930 veröffentlichtes Buch ''[[The Principles of Quantum Mechanics]]'' (deutsch ''Die Prinzipien der Quantenmechanik'', 1930) war wegbereitend für den Gebrauch von [[Linearer Operator|linearen Operatoren]] als Verallgemeinerung („Transformationstheorie“) der Theorien von Heisenberg und Schrödinger. Mit ihr wurde auch das [[Delta-Funktion|Deltafunktional]] (eine spezielle [[Distribution (Mathematik)|Distribution]], auch Diracfunktion oder Deltafunktion genannt) sowie die [[Bra-Ket-Notation]] verwendet, in der <math>| \Psi \rang</math> einen Zustandsvektor im [[Hilbertraum]] eines Systems bezeichnet (z.&nbsp;B. Anfangszustand) und <math>\lang \Psi |</math> den zu ihm dualen Vektor (z.&nbsp;B. Endzustand in der Beschreibung eines physikalischen Prozesses). Das oben genannte Lehrbuch blieb bis heute ein Standardwerk und war in Diracs Augen so perfekt, dass er in seinen Vorlesungen einfach daraus vorlas.


{{LZ|Nur zu oft ist der Erfinder der faustische Idealist, der die Welt verbessern möchte, aber an den harten Realitäten scheitert. Will er seine Ideen durchsetzen, muß er sich mit Mächten einlassen, deren Realitätssinn schärfer und ausgeprägter ist. In der heutigen Zeit sind solche Mächte, ohne daß ich damit ein Werturteil aussprechen möchte, vornehmlich Militärs und Manager. […] Nach meiner Erfahrung sind die Chancen des Einzelnen, sich gegen solches Paktieren zu wehren, gering.|Konrad Zuse: Der Computer – Mein Lebenswerk. 3. Auflage. Springer, Berlin 1993, ISBN 3-540-56292-3., S. X.}}
Dirac schuf den Begriff des [[Boson]]s in Anerkennung der Verdienste von [[Satyendra Nath Bose]] um die [[Quantenstatistik]]. Er gilt mit [[Enrico Fermi]] als Erfinder der Statistik der Fermionen ([[Fermi-Dirac-Statistik]]), erkannte aber Fermis Priorität an.


=== Von-Neumann-Architektur ===
1931 postulierte er als erster die Existenz eines [[Magnetischer Monopol|magnetischen Monopols]],<ref>''Proceedings or the Royal Society'', A, Band 133, S. 60. ''Physical Review'', Band 74, 1948, S. 817</ref> also eines Teilchens mit magnetischer Ladung, ähnlich der elektrischen Ladung z.&nbsp;B. beim Elektron. Die Existenz eines solchen Teilchens, das bisher nicht beobachtet wurde, würde die Quantisierung der elektrischen Ladung erklären. Dahinter stecken letztlich topologische Ideen, die hier erstmals in der Quantenmechanik auftauchen.
[[Datei:"von Neumann" Architektur de.svg|mini|Schematische Darstellung der Komponenten eines Von-Neumann-Rechners mit zugehörigem Bussystem]]


Die heute gebräuchlichen Computer basieren überwiegend auf der '''Von-Neumann-Architektur''', die 1945 von [[w:John von Neumann|John von Neumann]] (1903-1957) entwickelt wurde, und einen gemeinsamen Speicher für Daten und Programme verwendet und alle Möglichkeiten einer universellen [[Turingmaschine]] verwirklicht. Von-Neumann-Rechner arbeiten im Gegensatz zu Parallelrechnern streng sequentiell, wodurch ein einfacher [[Determinismus|deterministischer]] Programmablauf gewährleistet ist. Der Informationsaustausch zwischen den einzelnen Komponenten wird durch ein '''Bussystem''' aus Steuerbus, Adressbus und Befehls- bzw. Datenbus realisiert. Der gemeinsame Daten- und Befehls-Bus ist dabei der eigentliche Engpass des Systems (der sog. „Von-Neumann-Flaschenhals“).
In seiner „[[Large Number Hypothesis|Large number hypothesis]]“ versucht Dirac – plausibler als ähnliche Versuche Eddingtons – einen Zusammenhang zwischen der Größe der Fundamentalkonstanten und der gegenwärtigen Ausdehnung des Universums zu geben.<ref>''Nature'', Band 139, 1937, S. 323</ref> Daraus ergeben sich Spekulationen über die zeitliche Variation der Naturkonstanten, denen bis heute experimentell nachgegangen wird. Diracs großer Konkurrent auf dem Gebiet quantenmechanischer Formalismen, [[Pascual Jordan]], griff diese Ideen in einer eigenen Theorie der Gravitation mit variabler Gravitationskonstante auf.


== Künstliche Intelligenz ==
In seiner Untersuchung der klassischen Theorie strahlender Elektronen von 1938 tauchten neben „runaway solutions“ auch erstmals Renormierungsideen auf.<ref>''Proceedings Roal Society'', Band 167, 1938, S. 148</ref> Das Auftreten divergenter Ausdrücke in der üblichen Renormierungstheorie der Quantenelektrodynamik, die dann in die Definition der „nackten“ Ladung und Masse zum Verschwinden gebracht werden, lehnte er aber zeitlebens ab.


{{Hauptartikel|Künstliche Intelligenz}}
[[Datei:The physicists Paul Dirac, Wolfgang Pauli and Rudolf Peierls, c 1953. (9660575591).jpg|mini|Paul Dirac, Wolfgang Pauli und [[Rudolf Peierls]], 1953 in Birmingham]]


Basierend auf den Arbeiten von [[Alan Turing]], unter anderem dem Aufsatz ''Computing machinery and intelligence'', formulierten [[wikipedia:Allen Newell|Allen Newell]] (1927–1992) und [[wikipedia:Herbert A. Simon|Herbert A. Simon]] (1916–2001) von der [[wikipedia:Carnegie Mellon University|Carnegie Mellon University]] in [[wikipedia:Rittburgh|Pittsburgh]] die ''Physical Symbol System Hypothesis''. Ihr zufolge ist [[Denken]] Informationsverarbeitung, und Informationsverarbeitung ein Rechenvorgang, eine Manipulation von Symbolen. Auf das [[Gehirn]] als solches komme es beim Denken nicht an: „Intelligence is mind implemented by any patternable kind of matter.
Dirac ist auch der Erfinder vieler weiterer Formalismen der theoretischen Physik. Beispielsweise stammt von ihm die ursprüngliche Idee zu [[Pfadintegral]]en,<ref>''Physikalische Zeitschrift der Sowjetunion'', Band 3, 1933, S.&nbsp;64</ref> die als alternativer Zugang zur Quantenmechanik aber erst durch [[Richard Feynman]] „ernst genommen“ und ausgebaut wurden. In einer Arbeit aus dem Jahre 1949 erfand er die „light cone quantization“ (Lichtfrontformalismus) der Quantenfeldtheorie,<ref>''Reviews of modern physics''</ref> die in der Hochenergiephysik viel verwendet wird. In den 1950er Jahren versuchte Dirac dann, den von ihm postulierten [[Dirac-See]] als universellen [[Äther (Physik)|Äther]] auszulegen.<ref>P.A.M. Dirac: ''Is there an Aether?'' In: ''Nature'', Band 168, 1951, S. 906–907.</ref><ref>P.A.M. Dirac: ''The Stellung des Aethers in the Physik''. In: ''Naturwissenschaftliche Rundschau'', 6, 1953, S. 441–446</ref><ref>P.A.M. Dirac: ''Quantum mechanics and the aether''. In: ''The Scientific Monthly'', 78, 1954, S. 142–146</ref>


Diese Auffassung, dass Intelligenz unabhängig von der Trägersubstanz ist, wird von den Vertretern der ''starken KI''-These geteilt. Für [[Marvin Minsky]] (1927-2016) vom [[wikipedia:Massachusetts Institute of Technology|Massachusetts Institute of Technology]] (MIT), einem der Pioniere der KI, ist „das Ziel der KI die Überwindung des Todes“. Der Roboterspezialist [[wikipedia:Hans Moravec|Hans Moravec]] (* 1948) von der Carnegie Mellon University beschreibt in seinem Buch ''Mind Children'' (Kinder des Geistes) das Szenario der [[Evolution]] des postbiologischen [[Leben]]s: Ein Roboter überträgt das im menschlichen Gehirn gespeicherte Wissen in einen Computer, sodass die [[wikipedia:Biomasse|Biomasse]] des Gehirns überflüssig wird und ein posthumanes Zeitalter beginnt, in dem das gespeicherte Wissen beliebig lange zugreifbar bleibt.<ref>Vgl. auch: Yvonne Hofstetter: Sie wissen alles. Wie intelligente Maschinen in unser Leben eindringen und warum wir für unsere Freiheit kämpfen müssen, C. Bertelsmann, München 2014</ref>
Er untersuchte auch ganz allgemein hamiltonsche Systeme mit „constraints“ (Zwangsbedingungen), speziell um einen Zugang zur Quantisierung der Gravitation zu finden. Diese Arbeiten gingen später in der [[BRST-Symmetrie|BRST]]-Formulierung auf. Seine Untersuchung ausgedehnter Systeme in der Quantenfeldtheorie 1962<ref>''Proceedings Royal Society'', A, Band 268, S. 57</ref> ist ein Vorläufer der p-branes und bag-Modelle späterer Jahre.


== Biocomputer ==
== Werke ==
* ''[[The Principles of Quantum Mechanics]]'', Oxford: Oxford University Press, 1958, ISBN 0-19-852011-5 (zuerst 1930, ab 3. Auflage 1947 bra-ket Notation, 4. Aufl.1957)
* ''Lectures on quantum mechanics'' 1966
* ''General Theory of Relativity'', Princeton: Landmarks in Physics, 1996, ISBN 0-691-01146-X (zuerst 1975)
* ''Directions in physics'', 1978 (Vorlesungen Australien 1975)
* Dalitz (Hrsg.) ''Collected Works of P.A.M.Dirac (1924–1938)'', Cambridge 1996


'''Biocomputer''' verwenden Systeme biologisch hergestellter [[Molekül]]e wie [[Wikipedia:Desoxyribonukleinsäure|DNA]] und [[Protein]]e, um Berechnungen durchzuführen, bei denen Daten gespeichert, abgerufen und verarbeitet werden. Ihre Entwicklung wurde durch die voranschreitende [[Wikipedia:Nanobiotechnologie|Nanobiotechnologie]] ermöglicht.
Einige Aufsätze:
* ''Proceedings Royal Society'', Band 109, 1925, S. 642 (Zusammenhang klassischer Poisson-Brackett mit quantenmechanischer Kommutator)
* ''Physical interpretation of quantum dynamics'', [[Proceedings of the Royal Society]], Band 113, 1927, S. 621 (Transformationstheorie, seine allgemeine Formulierung der Quantenmechanik)
* ''On the theory of quantum mechanics'', Proceedings of the Royal Society Band 112, 1926, 661 (Fermi-Dirac und Bose-Statistik)
* [http://hermes.ffn.ub.es/luisnavarro/nuevo_maletin/Dirac_QED_1927.pdf ''Quantum theory of emission and absorption of radiation''] (zweite Quantisierung, Grundlagen Quantenfeldtheorie)
* [http://www.math.ucsd.edu/~nwallach/Dirac1928.pdf ''The quantum theory of the electron''] (PDF) Proceedings or the Royal Society Band 117, 1928, S. 610–624, Band 118, S. 351 (Diracgleichung, spin)
* ''A theory of electrons and positrons'', Proceedings of the Royal Society, Band 126, 1930, 360 (Löchertheorie)
* {{Webarchiv |url=http://dbserv.ihep.su/hist/owa/hw.part2?s_c=DIRAC+1931 |wayback=20080219045301 |text=''Quantized singularities of the electromagnetic field''}}, Proc.Roy.Soc. Band 133, 1931, S. 60 (magnetisches Monopol, Vorhersage Positron)
* Proceedings Cambridge Philosophical Society, Band 35, 1939, S. 416 (erstmals bra-ket Notation)
* Proceedings Cambridge Philosophical Society, Band 25, 1929, S. 62 (Dichtematrix, weniger abstrakt als bei [[John von Neumann]])


Der deutsche [[Physik]]er und Journalist ''Christian J. Meier'' spricht in diesem Zusammenhang etwas scherzhaft - aber doch nicht unzutreffend - von der „''Suppenintelligenz''“:
== Literatur ==
* Richard Dalitz, Rudolf Peierls: ''Paul Adrien Maurice Dirac, 8 August 1902–20 October 1984''. In: ''Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society of London'' 32. 1986, S. 137–185
* Helge Kragh: ''Dirac''. Cambridge University Press, Cambridge 1990, ISBN 0-521-38089-8
* Abraham Pais, Peter Goddard: ''Paul Dirac: the man and his work''. Cambridge University Press, Cambridge 2005, ISBN 0-521-01953-2.
* Abdus Salam, Eugene Wigner (Hrsg.): ''Aspects of quantum theory''. Cambridge University Press, Cambridge 1972, ISBN 0-521-08600-0. (darin u.&nbsp;a.: Eden, John Polkinghorne: ''Dirac in Cambridge''. Van Vleck: ''Travels with Dirac in the Rockies''. Jagdish Mehra ''The golden age of theoretical physics: Dirac’s scientific work from 1924–1933'')
* John Gerald Taylor: ''Tributes to Paul Dirac''. A. Hilger, Bristol 1987, ISBN 0-85274-480-3.
* Graham Farmelo: ''The Strangest Man: The Hidden Life of Paul Dirac, Quantum Genius.'' Faber and Faber, London 2009, ISBN 978-0-571-22278-0 (vor allem für seine Dirac Biografie erhielt er 2012 die Kelvin Medal des Institute of Physics)
**''„Der seltsamste Mensch.Das verborgene Leben des Quantengenies Paul Dirac''. Übersetzung Reimara Rössler. Springer, Heidelberg 2016, ISBN 3-662-49949-5.
* Howard Baer, Alexander Belyaev (Herausgeber): ''Proceedings of the Dirac Centennial Symposium. University of Florida, Tallahassee 6.–7. Dezember 2002'', World Scientific 2003 (unter anderem Monica Dirac über ihren Vater)


{{Zitat|Der Begriff »Suppe« hat hier eine bildliche und eine konkrete
== Weblinks ==
Ebene. In den neuen Computern wirken Zutaten aus der Natur –
{{Commonscat}}
Atome, Moleküle, Gene, Proteine oder ganze Zellen – so zusammen,
{{Wikiquote}}
dass etwas Neues entsteht, etwas auf höherer Ebene, wie sich der
* {{nobel-ph|1933|Paul Dirac}}
Geschmack einer Suppe aus ihren Zutaten ergibt. Dieser
* [http://www.nobel-winners.com/Physics/paul_adrien_maurice_dirac.html Biografie.] nobel-winners.com (englisch)
»Geschmack« äußert sich in mehr Rechenpower, aber auch anderen
* {{MacTutor|id=Dirac}}
Aspekten der Intelligenz wie Mustererkennung, das schnelle Finden
* [[David Olive]]: ''Paul Dirac and the pervasiveness of his thinking''. 2003, {{arXiv|hep-th/0304133v1}}
möglichst guter Lösungen, Lernfähigkeit, Intuition oder Kreativität.
* [http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/4575-1 Interview mit Dirac, fünf Teile.] American Institute of Physics
Wie der Geschmack einer Suppe kommt die Intelligenz aus einer
formlosen Mixtur anstatt aus wohlgeordneten Schaltkreisen und
penibel abgearbeiteten Rechenschritten. Billionen von Teilchen
wirken scheinbar planlos zusammen, aber gerade in diesem Chaos
liegt ihre Stärke.|Christian J. Meier|''Suppenintelligenz'', S. 10}}
 
== Auswirkungen der Computer-Technik für den Menschen ==
 
Erhält die Computer-Technik nicht ein Gegengewicht durch eine entsprechende [[geistige Entwicklung]], so wird das [[Denken]] - und damit auch die [[Freiheit]] des [[Mensch]]en - immer mehr unterdrückt werden. Auf diese drohende Gefahr hat schon [[Rudolf Steiner]] zu einer Zeit hingewiesen, als es die modernen elektronischen Computer noch gar nicht gab.
 
{{GZ|Wir haben ja heute schon Maschinen
zum Addieren, Subtrahieren: nicht wahr, das ist sehr bequem, da
braucht man nicht mehr zu rechnen. Und so wird man es auch
machen mit allem. Das wird nicht lange dauern, ein paar Jahrhunderte
— dann ist alles fertig; dann braucht man nicht mehr zu
denken, nicht mehr zu überlegen, sondern man schiebt. Zum Beispiel
da steht: «330 Ballen Baumwolle Liverpool», so überlegt man
heute sich da noch etwas, nicht wahr? Aber dann schiebt man bloß,
und die Geschichte ist ausgemacht. Und damit nicht gestört wird das
feste Gefüge des sozialen Zusammenhangs der Zukunft, werden
Gesetze erlassen werden, auf denen nicht direkt stehen wird: Das
Denken ist verboten, aber die die Wirkung haben werden, daß alles
individuelle Denken ausgeschaltet wird. Das ist der andere Pol, dem
wir entgegen arbeiten. Dagegen ist das Leben heute immerhin nicht
gar so unangenehm. Denn wenn man nicht über eine gewisse Grenze
hinausgeht, so darf man ja heute noch denken, nicht wahr? Allerdings
eine gewisse Grenze überschreiten darf man ja nicht, aber
immerhin, innerhalb gewisser Grenzen darf man noch denken. Aber
das, was ich geschildert habe, das steckt in der Entwickelung des
Westens, und das wird kommen durch die Entwickelung des Westens.
 
Also in diese ganze Entwickelung muß sich auch die geisteswissenschaftliche
Entwickelung hineinstellen. Das muß sie klar und
objektiv durchschauen. Sie muß sich klar sein, daß das, was heute
wie ein Paradoxon erscheint, geschehen wird: ungefähr im Jahre
2200 und einigen Jahren wird eine Unterdrückung des Denkens in
größtem Maßstabe auf der Welt losgehen, in weitestem Umfange.
Und in diese Perspektive hinein muß gearbeitet werden durch Geisteswissenschaft.
Es muß soviel gefunden werden — und es wird gefunden
werden —, daß ein entsprechendes Gegengewicht gegen diese
Tendenzen da sein kann in der Weltenentwickelung.|167|100f}}
 
Keineswegs wollte Rudolf Steiner damit die Entwicklung dieser Technologie verhindern und ihren Gebrauch verteufeln. Ganz im Gegenteil - es geht nur darum, das entsprechende geistige Gegengewicht zu schaffen.


{{GZ|Mir fällt es gar nicht ein, reaktionär zu sein und etwa zu sagen: Also
'''Schriften'''
weg mit all dem Zeug, den modernen Kulturerrungenschaften! Das
* [https://archive.today/20160830004531/http://www.lucasianchair.org/bibliographies/dirac-bibB.html Works by P. A. M. Dirac.] [[w:Lucasischer Lehrstuhl für Mathematik|Lucasian Chair]], Cambridge University (archivierte Website)
ist nicht die Absicht. Aber der moderne Mensch braucht diese unmittelbare
* [http://janus.lib.cam.ac.uk/db/node.xsp?id=EAD%2FGBR%2F0014%2FDRAC The Papers of Professor Paul Dirac.] Janus, University of Cambridge
Hinwendung an den Geist, wie die Geisteswissenschaft sie
* [http://prola.aps.org/abstract/RMP/v21/i3/p392_1 ''Forms of relativistic Dynamics''], 1949
ihm gibt, damit er durch dieses starke Erleben des Geistes tatsächlich
* [http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/10/435/10435135.pdf ''The relativistic electron wave equation''] (PDF) Budapest 1977, preprint
auch der Stärkere ist gegenüber jenen Kräften, die gerade mit der
modernen Kultur heraufkommen, unseren physischen Leib zu verfestigen,
uns ihn zu nehmen. Sonst wird es dahin kommen, daß die
Menschen, ich möchte sagen, den Anschluß versäumen in der Menschheitsentwickelung.


Dieses intellektualistische Zeitalter ist zum Heile der Menschheit
'''Video'''
ausgebrochen in einer Zeit, als die Menschen noch etwas untertauchen
* [https://av.tib.eu/media/11186 Dirac im Gespräch mit Friedrich Hund über Symmetrie in der Relativitätstheorie, Quantenmechanik und Elementarteilchenphysik]  [[IWF Wissen und Medien|Institut für den Wissenschaftlichen Film]], Göttingen 1982, zur Verfügung gestellt von der [[Technische Informationsbibliothek|TIB]]
konnten in ihren physischen Leib. Wären wir so geblieben, wie die
Menschen im 13., 14. Jahrhundert waren, mit jenen Seelenverfassungen
dieser Menschen wären wir überhaupt nicht in der Lage, die
intellektualistischen Gedanken zu fassen. Dann würden wir zwar das
Ältere nicht mehr haben, aber zu abstrakten intellektualistischen Gedanken
gar nicht kommen; sie würden verrauchen. Das Alte würde
uns entfremdet, denken könnten wir nicht, und so würden wir als
träumende Wesen herumgehen in der Welt, so taumelnd gegenüber
den wichtigsten Weltangelegenheiten. Wir würden so wie taumelnde
Träumer herumgehen. Aber das würde der Menschheit auch bevorstehen,
wenn sie nicht die inneren geistigen Fähigkeiten verschärft
und verstärkt. Die Menschheit würde unter dem Fortschritt so zu
leiden haben, daß dem Menschen gleich etwas weh tun würde, wenn
er denken sollte. Im 16. Jahrhundert waren noch die Leute innerlich
so robust, daß sie sich scharfe intellektualistische Gedanken machen
konnten. Da hatten sie noch eine große Freude daran, sich intellektualistische
Gedanken zu machen. Heute sind wir schon sehr nahe daran,
daß der Mensch sagt: Ach, nachdenken, es ist so schwer, verfilmt mir
die ganze Geschichte, damit ich nicht zu denken brauche, daß ich sie
mir in ihren verschiedenen Stadien anschauen kann! - Merkwürdige
Dinge könnten da entstehen. Ich meine das wirklich nicht spaßhaft.
Das ist etwas, wie Sie gleich sehen werden, was sehr im Bereiche der
Möglichkeit liegt. Denken Sie sich nur einmal, wenn man das ganze
Einmaleins filmen würde, dann könnte der Mensch immer einen
Apparat vor sich tragen und dadurch, daß er den Rechnungsansatz
macht, würde durch den bestimmten Klang das Richtige anspringen,
und er hat die ganze Geschichte verfilmt vor sich. Der Mensch will
nach und nach nicht mehr denken, weil es anfängt, unangenehm zu
werden. Es wird unangenehm, das Denken. Der Mensch träumt schon
viel lieber, als daß er denkt. Und wenn jene äußeren Dinge, die äußere
Kulturentwickelung immer weitergehen würde und nicht ein starkes
inneres Geistiges in der Entwickelung auftreten würde, dann wäre es
eigentlich so, daß die Menschen alle zu herumtaumelnden Träumern
würden. Das ist ganz ernst gemeint, solch eine Sache steht der Menschheit
in Aussicht. Und gerade dieser Sache kann nur entgegengewirkt
werden, indem man sich wirklich darauf einläßt, mutig und kühn auf
die geistige Welt so loszugehen, wie Geisteswissenschaft das will und
wie sie es auch kann. Es ist heute durchaus noch die Möglichkeit, daß
wir uns innerlich so stark aufraffen als Menschheit, daß man zu innerer
Aktivität kommt. Aber es muß von allen denjenigen, die das einsehen,
in ernster Weise mit allen Mitteln gearbeitet werden.
 
Bitte, fassen Sie die Dinge, die ich im negativen Sinne sage, nicht
negativ auf. Ich will gar nicht etwas aus der modernen Kultur wegnehmen.
Je mehr die Dinge ausgebildet werden, desto mehr bin ich
dafür enthusiasmiert. Ich will weder den Telegraphen noch den Film
abschaffen, das fällt mir gar nicht ein. Aber es ist wirklich nötig in der
Welt, zu berücksichtigen, daß überall zwei Dinge einander gegenüberstehen.
Die Welt steht ganz im Zeichen der Veräußerlichung. Der
Ausgleich: Geradeso wie man sich trocknen muß, wenn man gebadet
hat, so muß man sich im Geist vertiefen, wenn auf der andern Seite
die Kultur der äußeren Veranschaulichung immer größer und größer
wird. Gerade das fordert uns auf, innerlich um so aktiver und aktiver
zu werden, wenn wir äußerlich eingefangen werden in dasjenige, was
nicht mehr durch uns wirkt, sondern an uns wirkt, so daß wir uns als
Seele und Geist förmlich ausschalten.|224|109ff}}
 
== Siehe auch ==
* {{WikipediaDE|Kategorie:Computer}}
* {{WikipediaDE|Computer}}
* {{WikipediaDE|Internet}}
* {{WikipediaDE|Silicon Valley}}
* {{WikipediaDE|Künstliche Intelligenz}}
 
== Literatur ==
* [[Wikipedia:Jeff Hawkins|Jeff Hawkins]]: ''Die Zukunft der Intelligenz: Wie das Gehirn funktioniert und was Computer davon lernen können'', Rowohlt Taschenbuch Verlag, Reinbek bei Hamburg 2006, ISBN 978-3499621673
* [[Wikipedia:Ray Kurzweil|Ray Kurzweil]]: ''Das Geheimnis des menschlichen Denkens: Einblicke in das Reverse Engineering des Gehirns'', Lola Books 2014, ISBN 978-3944203065, eBook ASIN B01348W39K
* Ray Kurzweil: ''Die Intelligenz der Evolution'', KiWi-Taschenbuch 2016, ISBN 978-3462049428, Kiepenheuer & Witsch eBook, {{ASIN|B01FENJJH2}}
* [[Wikipedia:Nick Bostrom|Nick Bostrom]]: ''Superintelligenz: Szenarien einer kommenden Revolution'', Suhrkamp Verlag 2016, ISBN 978-3518586846, eBook {{ASIN|B00OTQKXJE}}
* Christian J. Meier: ''Suppenintelligenz (TELEPOLIS): Die Rechenpower aus der Natur'', Heise Medien GmbH & Co. KG 2017, ISBN 978-3957881014, eBook {{ASIN|B076CQBPMC}}
* Ernst Schuberth: ''Erziehung in einer Computergesellschaft''. Datentechnik und die werdende Intelligenz des Menschen, Vlg. Freies Geistesleben, Stuttgart 1990, ISBN 978-3772502491
* Yvonne Hofstetter: ''Sie wissen alles'' - Wie intelligente Maschinen in unser Leben eindringen und warum wir für unsere Freiheit kämpfen müssen, Vlg. C. Bertelsmann, München 2014, ISBN 978-3570102169, eBook {{ASIN|B00KG6NNC0}}
* [[Hans Bonneval]]: ''Revolution im Denken: Rudolf Steiner'' - Warum Computer nicht denken können, BoD, Norderstedt 2017, ISBN 978-3743157521, {{ASIN|B06XH8132T}}
* Rudolf Steiner: ''Gegenwärtiges und Vergangenes im Menschengeiste'', [[GA 167]] (1962), ISBN 3-7274-1670-X {{Vorträge|167}}
* Rudolf Steiner: ''Die menschliche Seele in ihrem Zusammenhang mit göttlich-geistigen Individualitäten. Die Verinnerlichung der Jahresfeste.'', [[GA 224]] (1992), ISBN 3-7274-2240-8 {{Vorträge|224}}
 
{{GA}}
 
== Weblinks ==
*[http://www.fr-online.de/wirtschaft/ueberwachung-in-china-eine-horrorvision-wird-realitaet,1472780,34772338.html Überwachung in China: Eine Horrorvision wird Realität (fr-online Sept. 2016)]
*[http://www.fr-online.de/politik/datenschutz-das-fuer-und-wider-von--big-data-,1472596,34803778.html Datenschutz: Das Für und Wider von „Big Data“ (fr-online Sept. 2016)]


== Einzelnachweise ==
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<references />
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Version vom 14. Februar 2020, 18:41 Uhr

Paul Dirac 1933

Paul Adrien Maurice Dirac (* 8. August 1902 in Bristol; † 20. Oktober 1984 in Tallahassee) war ein britischer Physiker.

Dirac war ein Mitbegründer der Quantenphysik. 1933 wurde er mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Eine seiner wichtigsten Entdeckungen ist in der Dirac-Gleichung von 1928 beschrieben, in der Einsteins Spezielle Relativitätstheorie und die Quantenphysik erstmals zusammengebracht werden konnten. Ferner legte er die Grundlagen für den späteren Nachweis von Antimaterie.

Leben

Dirac wurde in Bristol, Gloucestershire, England geboren. Sein Vater Charles Dirac war Schweizer mit Wurzeln im französischsprachigen Saint-Maurice im Wallis; er unterrichtete in Bristol an Diracs Schule das Fach Französisch. Seine Mutter, Florence Holten, war die Tochter eines Seemanns aus Cornwall. Seine Kindheit war infolge des strengen und autoritären Verhaltens des Vaters unglücklich – ein Bruder nahm sich das Leben.

Dirac studierte zunächst 1921 Elektrotechnik in Bristol, wechselte dann zur Mathematik und bekam 1923 ein Stipendium für die Universität Cambridge, wo er bei Ralph Howard Fowler studierte. 1926 schloss er das Studium mit einer Dissertation zur Quantenmechanik ab.

Paul Dirac mit seiner Frau Margit
Juli 1963 in Kopenhagen

Von 1932 bis 1969 war Dirac Professor des Lucasischen Lehrstuhls für Mathematik an der Universität Cambridge. 1937 heiratete er Margit (1904–2002), die Schwester des Physikers Eugene Wigner. Der Mathematiker Gabriel Andrew Dirac aus der ersten Ehe seiner Frau war sein Stiefsohn. Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete Dirac an Gaszentrifugen zur Urananreicherung. Ab 1970 war er an der Florida State University in Tallahassee in Florida tätig.

Dirac war von zurückhaltender Natur. Es machte ihm nichts aus, in Gesellschaft zu schweigen und auf Fragen nur sehr wortkarge, einer strikten Wahrheitsliebe verpflichtete Antworten zu geben, wovon zahlreiche Anekdoten verbreitet waren.

Dirac war überzeugter Atheist. Auf die Frage nach seiner Meinung zu Diracs Ansichten bemerkte Wolfgang Pauli in Anspielung auf das islamische Gottesbekenntnis:

„Wenn ich Dirac richtig verstehe, meint er Folgendes: Es gibt keinen Gott und Dirac ist sein Prophet.“

Leistungen

1925 fand Paul Dirac in seiner Dissertation die klassische Entsprechung der neuen quantenmechanischen Kommutatoren von Heisenberg, Born und Jordan mit den Poisson-Klammern der klassischen Mechanik. 1926 entwickelte er eine abstrakte Fassung der Quantenmechanik („Transformationstheorie“), die die Matrizenmechanik Heisenbergs und die Wellenmechanik Schrödingers als Spezialfälle enthielt. Somit konnte er unabhängig von Schrödinger die Äquivalenz beider Theorien zeigen. Die klassische Mechanik ergibt sich in seiner Theorie als Spezialfall der Quantenmechanik. Von Dirac stammt auch die Einführung des Wechselwirkungsbilds, das sowohl das Schrödinger- als auch Heisenberg-Bild verwendet.

Paul Dirac an der Tafel

1928 stellte er auf Grundlage der Arbeit von Wolfgang Pauli über das Ausschließungsprinzip die nach ihm benannte Dirac-Gleichung auf,[1] bei der es sich um eine relativistische, also auf der speziellen Relativitätstheorie beruhende Wellengleichung 1. Ordnung zur Beschreibung des Elektrons handelt. Dirac fand sie, indem er von der relativistischen Wellengleichung 2. Ordnung von Charles Galton Darwin ausging (einer Weiterentwicklung der Klein-Gordon-Gleichung) und ein wenig mit „Gleichungen herumspielte“, das heißt, er suchte einen Ansatz für eine entsprechende Gleichung 1. Ordnung, die sich nur mit dem Einführen von Spinoren und Dirac-Matrizen gewinnen ließ und deren „Quadrat“ wieder die relativistische Wellengleichung ergibt. Sie lieferte z. B. eine theoretische Erklärung für den anomalen Zeeman-Effekt und die Feinstruktur in der Atomspektroskopie und erklärte den Spin, der bis dahin in der Quantenmechanik als grundlegendes, aber unverstandenes Phänomen bekannt war, als natürliche Folge seiner relativistischen Wellengleichung.

Seine Gleichung erlaubte es Dirac auch, die Löchertheorie zu formulieren und die Existenz des Positrons, des Antiteilchens des Elektrons, vorherzusagen (er scheute aber zunächst vor der öffentlichen Postulierung eines neuen Teilchens zurück und identifizierte das negative Antiteilchen des Elektrons mit dem Proton).[2] Das Positron wurde darauf 1932 von Carl David Anderson als neues Teilchen in kosmischer Strahlung nachgewiesen. Im Dirac-Bild der Quantenfeldtheorie besteht das Vakuum in Analogie zur Festkörperphysik aus einem bis zur Fermigrenze gefüllten Dirac-See von Elektronen. Paarerzeugung im Vakuum ist die Anregung eines Elektrons aus diesem Dirac-See über die Fermigrenze hinaus – das hinterlassene „Loch“ in dem Diracsee ist das Positron.

Sein 1930 veröffentlichtes Buch The Principles of Quantum Mechanics (deutsch Die Prinzipien der Quantenmechanik, 1930) war wegbereitend für den Gebrauch von linearen Operatoren als Verallgemeinerung („Transformationstheorie“) der Theorien von Heisenberg und Schrödinger. Mit ihr wurde auch das Deltafunktional (eine spezielle Distribution, auch Diracfunktion oder Deltafunktion genannt) sowie die Bra-Ket-Notation verwendet, in der einen Zustandsvektor im Hilbertraum eines Systems bezeichnet (z. B. Anfangszustand) und den zu ihm dualen Vektor (z. B. Endzustand in der Beschreibung eines physikalischen Prozesses). Das oben genannte Lehrbuch blieb bis heute ein Standardwerk und war in Diracs Augen so perfekt, dass er in seinen Vorlesungen einfach daraus vorlas.

Dirac schuf den Begriff des Bosons in Anerkennung der Verdienste von Satyendra Nath Bose um die Quantenstatistik. Er gilt mit Enrico Fermi als Erfinder der Statistik der Fermionen (Fermi-Dirac-Statistik), erkannte aber Fermis Priorität an.

1931 postulierte er als erster die Existenz eines magnetischen Monopols,[3] also eines Teilchens mit magnetischer Ladung, ähnlich der elektrischen Ladung z. B. beim Elektron. Die Existenz eines solchen Teilchens, das bisher nicht beobachtet wurde, würde die Quantisierung der elektrischen Ladung erklären. Dahinter stecken letztlich topologische Ideen, die hier erstmals in der Quantenmechanik auftauchen.

In seiner „Large number hypothesis“ versucht Dirac – plausibler als ähnliche Versuche Eddingtons – einen Zusammenhang zwischen der Größe der Fundamentalkonstanten und der gegenwärtigen Ausdehnung des Universums zu geben.[4] Daraus ergeben sich Spekulationen über die zeitliche Variation der Naturkonstanten, denen bis heute experimentell nachgegangen wird. Diracs großer Konkurrent auf dem Gebiet quantenmechanischer Formalismen, Pascual Jordan, griff diese Ideen in einer eigenen Theorie der Gravitation mit variabler Gravitationskonstante auf.

In seiner Untersuchung der klassischen Theorie strahlender Elektronen von 1938 tauchten neben „runaway solutions“ auch erstmals Renormierungsideen auf.[5] Das Auftreten divergenter Ausdrücke in der üblichen Renormierungstheorie der Quantenelektrodynamik, die dann in die Definition der „nackten“ Ladung und Masse zum Verschwinden gebracht werden, lehnte er aber zeitlebens ab.

Paul Dirac, Wolfgang Pauli und Rudolf Peierls, 1953 in Birmingham

Dirac ist auch der Erfinder vieler weiterer Formalismen der theoretischen Physik. Beispielsweise stammt von ihm die ursprüngliche Idee zu Pfadintegralen,[6] die als alternativer Zugang zur Quantenmechanik aber erst durch Richard Feynman „ernst genommen“ und ausgebaut wurden. In einer Arbeit aus dem Jahre 1949 erfand er die „light cone quantization“ (Lichtfrontformalismus) der Quantenfeldtheorie,[7] die in der Hochenergiephysik viel verwendet wird. In den 1950er Jahren versuchte Dirac dann, den von ihm postulierten Dirac-See als universellen Äther auszulegen.[8][9][10]

Er untersuchte auch ganz allgemein hamiltonsche Systeme mit „constraints“ (Zwangsbedingungen), speziell um einen Zugang zur Quantisierung der Gravitation zu finden. Diese Arbeiten gingen später in der BRST-Formulierung auf. Seine Untersuchung ausgedehnter Systeme in der Quantenfeldtheorie 1962[11] ist ein Vorläufer der p-branes und bag-Modelle späterer Jahre.

Werke

  • The Principles of Quantum Mechanics, Oxford: Oxford University Press, 1958, ISBN 0-19-852011-5 (zuerst 1930, ab 3. Auflage 1947 bra-ket Notation, 4. Aufl.1957)
  • Lectures on quantum mechanics 1966
  • General Theory of Relativity, Princeton: Landmarks in Physics, 1996, ISBN 0-691-01146-X (zuerst 1975)
  • Directions in physics, 1978 (Vorlesungen Australien 1975)
  • Dalitz (Hrsg.) Collected Works of P.A.M.Dirac (1924–1938), Cambridge 1996

Einige Aufsätze:

  • Proceedings Royal Society, Band 109, 1925, S. 642 (Zusammenhang klassischer Poisson-Brackett mit quantenmechanischer Kommutator)
  • Physical interpretation of quantum dynamics, Proceedings of the Royal Society, Band 113, 1927, S. 621 (Transformationstheorie, seine allgemeine Formulierung der Quantenmechanik)
  • On the theory of quantum mechanics, Proceedings of the Royal Society Band 112, 1926, 661 (Fermi-Dirac und Bose-Statistik)
  • Quantum theory of emission and absorption of radiation (zweite Quantisierung, Grundlagen Quantenfeldtheorie)
  • The quantum theory of the electron (PDF) Proceedings or the Royal Society Band 117, 1928, S. 610–624, Band 118, S. 351 (Diracgleichung, spin)
  • A theory of electrons and positrons, Proceedings of the Royal Society, Band 126, 1930, 360 (Löchertheorie)
  • Quantized singularities of the electromagnetic field (Memento vom 19. Februar 2008 im Internet Archive), Proc.Roy.Soc. Band 133, 1931, S. 60 (magnetisches Monopol, Vorhersage Positron)
  • Proceedings Cambridge Philosophical Society, Band 35, 1939, S. 416 (erstmals bra-ket Notation)
  • Proceedings Cambridge Philosophical Society, Band 25, 1929, S. 62 (Dichtematrix, weniger abstrakt als bei John von Neumann)

Literatur

  • Richard Dalitz, Rudolf Peierls: Paul Adrien Maurice Dirac, 8 August 1902–20 October 1984. In: Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society of London 32. 1986, S. 137–185
  • Helge Kragh: Dirac. Cambridge University Press, Cambridge 1990, ISBN 0-521-38089-8
  • Abraham Pais, Peter Goddard: Paul Dirac: the man and his work. Cambridge University Press, Cambridge 2005, ISBN 0-521-01953-2.
  • Abdus Salam, Eugene Wigner (Hrsg.): Aspects of quantum theory. Cambridge University Press, Cambridge 1972, ISBN 0-521-08600-0. (darin u. a.: Eden, John Polkinghorne: Dirac in Cambridge. Van Vleck: Travels with Dirac in the Rockies. Jagdish Mehra The golden age of theoretical physics: Dirac’s scientific work from 1924–1933)
  • John Gerald Taylor: Tributes to Paul Dirac. A. Hilger, Bristol 1987, ISBN 0-85274-480-3.
  • Graham Farmelo: The Strangest Man: The Hidden Life of Paul Dirac, Quantum Genius. Faber and Faber, London 2009, ISBN 978-0-571-22278-0 (vor allem für seine Dirac Biografie erhielt er 2012 die Kelvin Medal des Institute of Physics)
    • „Der seltsamste Mensch.“ Das verborgene Leben des Quantengenies Paul Dirac. Übersetzung Reimara Rössler. Springer, Heidelberg 2016, ISBN 3-662-49949-5.
  • Howard Baer, Alexander Belyaev (Herausgeber): Proceedings of the Dirac Centennial Symposium. University of Florida, Tallahassee 6.–7. Dezember 2002, World Scientific 2003 (unter anderem Monica Dirac über ihren Vater)

Weblinks

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Schriften

Video

Einzelnachweise

  1. P.A.M. Dirac: The quantum theory of the electron. In: Proceedings or the Royal Society, Band 117, 1928, S. 610, Band 118, S. 351
  2. Dirac. In: Proc. Roy. Soc., A, 126, 1929, S. 360. Nature, Band 126, 1930, S. 605. Dirac meinte später, damals ging man allgemein davon aus, Elektron und Proton wären die einzigen Elementarteilchen. Robert Oppenheimer, Igor Tamm und Hermann Weyl kritisierten die Identifikation schon 1930 und auch Dirac wandte sich 1931 davon ab und postulierte ein neues Teilchen (Proc. Roy. Soc. A 133, 1931, S. 60). Der Name Positron taucht zuerst 1933 in einer Arbeit von Carl Anderson auf (Physical Review, Band 43, S. 491). Abraham Pais Paul Dirac. Aspects of his life and work, S. 15f, in Pais u. a. Paul Dirac, Cambridge University Press 1998
  3. Proceedings or the Royal Society, A, Band 133, S. 60. Physical Review, Band 74, 1948, S. 817
  4. Nature, Band 139, 1937, S. 323
  5. Proceedings Roal Society, Band 167, 1938, S. 148
  6. Physikalische Zeitschrift der Sowjetunion, Band 3, 1933, S. 64
  7. Reviews of modern physics
  8. P.A.M. Dirac: Is there an Aether? In: Nature, Band 168, 1951, S. 906–907.
  9. P.A.M. Dirac: The Stellung des Aethers in the Physik. In: Naturwissenschaftliche Rundschau, 6, 1953, S. 441–446
  10. P.A.M. Dirac: Quantum mechanics and the aether. In: The Scientific Monthly, 78, 1954, S. 142–146
  11. Proceedings Royal Society, A, Band 268, S. 57


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