폴 디랙 Paul Adrien Maurice Dirac
폴 디랙 (1933년)
출생	1902년 8월 8일(1902-08-08) 잉글랜드 브리스틀
사망	1984년 10월 20일 (82세) 미국 플로리다주 탤러해시
분야	물리학
소속	케임브리지 대학교 플로리다 주립 대학교
출신 대학	브리스틀 대학교 케임브리지 대학교 세인트존스 칼리지
지도 학생	하리시찬드라 프레드 호일
주요 업적	디랙 방정식 디랙 델타 함수 페르미-디랙 통계 브라-켓 표기법 디랙 괄호
수상	노벨 물리학상 (1933) 막스 플랑크 메달 (1952)

폴 디랙(영어: Paul Dirac, OM, FRS, 1902년 8월 8일 ~ 1984년 10월 20일)은 영국의 이론물리학자이다. 양자역학을 탄생시킨 사람 중의 하나로 꼽힌다.

1933년 에르빈 슈뢰딩거와 함께 "원자 이론의 새로운 형식의 발견"으로 노벨 물리학상을 수상했다. 폴 디랙은 노벨상 수상자로 선정됐을 때 주위의 관심을 꺼렸으며 청중앞에 나서기 싫어서 거절하려고 했으나, 오히려 노벨상을 거절하면 더 많은 관심을 끈다는 주위의 충고를 듣고 상을 받기로 했다고 한다.

1932년부터 1969년까지 케임브리지 대학교에서 루커스 수학 석좌 교수를 지냈다. 그의 이름을 따서 주는 상인 디랙 메달은 국제 이론 물리 센터(ICTP) 이론물리학자들에게 주는 상이다.

어린 시절

영국 브리스틀에서 스위스인 아버지와 영국인 어머니 사이에서 태어났다. 프랑스어 교사인 아버지는 디랙과 대화할 때 프랑스어만 사용하기를 강요하였는데, 이 때문에 아버지와의 관계는 좋지 않았다.

업적

• 
  양자역학: 이론물리학 부문과 수학 부문 양면에서 크게 공헌하였다고 평가된다. 특히 괄(bra)과 호(ket) 기호로 힐베르트 공간의 벡터를 편리하게 나타내는 방법을 고안한 것이 대표적이라 할 수 있다.


• 
  디랙 방정식: 특수 상대성이론을 고려한 기본 방정식. 비 상대론적인 극한에서는 슈뢰딩거 방정식으로 환원된다.


• 
  반입자(또는 양전자)의 예측: 디랙 방정식은 두가지 해를 주는데 하나는 입자이고 다른 하나는 반입자로 서로 질량은 동일하고 전하는 반대이다.


• 
  자기 홀극: 자기 홀극이 있다면 어떤 상태를 만족해야 하는가를 논의했다. 대표적으로 전하 양자화를 설명할 수 있다.


• 
  페르미온의 통계역학. 페르미-디랙 통계역학이라고도 불린다.


• 
  디랙 델타 함수: 크로네커 델타 함수의 연속적인 확장이라고 할 수 있으나 엄밀한 의미에서의 함수는 아니다. 수학에서는 분포로 정의한다. 실용적인 의미에서 아주 간단하고 직관적이다.


• 그 밖에, 그의 양자역학 전개는 파인먼 적분의 탄생에 직접적인 관련이 있다.^[1]

개인 생활

가족

1963년 폴 디랙과 아내 머르기트가 코펜하겐에서 찍은 사진

디랙은 유진 위그너의 오누이인 머르기트(Margit)와 1937년에 결혼했으며, 머르기트의 두 아이를 입양했고, 딸 메리 엘리자베스(Mary Elizabeth)와 플로렌스 모니카(Florence Monica)를 낳았다.

디랙에게 영향을 받은 한국인 물리학자 김영서에 의하면, 머르기트는 1934년 프린스턴에 있는 위그너를 찾아가 Annex Restaurant(1930s–2006)에서 저녁을 함께하던 중,^[2] '옆 테이블의 쓸쓸해 보이는 사람'을 만났다. 김영서는 "물리학계에서 먼시(Manci, 머르기트의 애칭)가 폴 A. M. 디랙을 잘 돌봐준 것은 좋은 일이었다. 디랙은 1939년에서 1946년까지 11개의 논문을 출판했는데, 디랙이 평소 연구 페이스를 유지할 수 있었던 것은 먼시가 이외의 모든 것을 잘 돌봐 주었기 때문이다."라고 저술한다.^[3]

2009년 디랙의 전기 저자는 "디랙은 아버지와의 감정적인 갈등을 매우 좋지 않게 여기고 있었다. 아버지는 스위스 사람으로, 아내와 아이들을 학대했으며, 그 가족이 브리스틀에 살았음에도, 폴에게 집에서는 항상 프랑스어를 쓰게 했다. 그녀는 "이 '나는 내가 아이었을 때 사랑이나 애정을 한 번도 알지 못했다' 고 하는 노벨상 수상자의 과묵함과 깐깐함, 행동의 경직성과 자기 중심성은 유전적 원인을 가지고 있다."고 적고 있다.^[4]

성격

디랙은 그의 동료들에게서 과도할만큼 논리적이며, 과묵한 사람으로 기억되었다. 케임브리지에서 그의 동료들은 농담삼아 1시간에 1마디를 말한다는 1 디랙 단위를 정의하였다.^[5]닐스 보어가 논문을 쓰면서 디랙에게 마지막 문장을 어떻게 끝내야 할 지 모르겠다고 불평하자, 디랙은 "난 학교에서 끝에 뭐라고 쓸 지 결정하지 않은 문장은 시작하지도 말라고 배웠다네."라고 대답한다.^[6] 그는 로버트 오펜하이머의 시에 대한 관심을 비판하며 "과학의 목표는 어려운 것을 간단하게 만들어 이해할 수 있게 만드는 걸세. 시의 목표는 간단한 걸 이해 못하게 말하는 걸세. 두 가지는 양립할 수 없네."라고 말한다.^[7]

디랙은 자신의 일기에서 대학원에 있는 동안에는 자신의 연구에만 집중하고 있었으며, 일요일에만 연구를 중지하고 혼자 산책을 즐겼다고 한다.

Graham Farmelo 2009년에 쓴 이야기에서는, 베르너 하이젠베르크와 디랙이 1929년 학회에 참가하기 위해 일본으로 크루즈 여행을 떠났을 때 "양쪽다 20대이며, 미혼이었으나, 그 둘은 이상한 조합이었다. 하이젠베르크는 지속적으로 여자들과 즐겁게 환담을 하며 춤을 추던 인기남이었지만, 디랙은 조금만 서로 말하는 것에도 고통을 느끼는, 구석에 처박힌 괴짜였다. 디랙은 자기 동료에게 '왜 그렇게 춤을 추나?' 하고 물었는데, 하이젠베르크는 '괜찮은 여자들과 함께 하는건 즐거운 일이라네.' 하고 대답했다. 디랙은 잠시 생각하더니, '하이젠베르크, 어떻게 여자들이 괜찮다는 걸 미리 알 수 있나?' 하고 대답했다."고 언급한다.^[4]

여러 버전으로 전래되는 이야기에서는, 친구 또는 학생이 디랙을 찾아가는데, 그가 결혼했다는 사실을 모르고 있다. 방문자가 집에서 미녀를 발견하고 놀라자, 디랙은 "소개...소개함세. 위그너의 여동생이라네."라고 말한다. 디랙의 아내 머르기트는 조지 가모프와 Anton Capri 에게 1960년에, 그녀의 남편이 실제로 한 말은 "소개함세.. 위그너의 여동생일세. ....지금은 내 아내라네!"라고 했다고 한다.^[8][9]

디랙은 겸손한 성격으로도 알려져 있다. 디랙은 양자역학에서 연산자의 시간에 따른 변화를 '하이젠베르크 운동방정식'이라고 썼으나, 이는 사실 디랙이 만든 것이다. 많은 물리학자들이 (n+1/2) 스핀을 가진 입자의 통계역학적 성질을 페르미-디랙 통계 로 부르고, 정수 스핀을 가진 입자를 보스-아인슈타인 통계로 부르나, 디랙이 강의할 때는 이를 '페르미 통계'와 '아인슈타인 통계'로 불렀다. (아인슈타인 통계로 부른 이유는 "대칭성"을 위해서라고 한다.)

종교적 관점

하이젠베르크는 1927년 솔베이 회의에서 아인슈타인과 막스 플랑크의 종교에 관한 관점을 회고하며, 볼프강 파울리, 하이젠베르크, 디랙이 그 안에 있었다고 회고한다. 디랙은 대화에서 종교의 정치적인 측면을 비판하였으며, 보어와 하이젠베르크는 이 비판의 명확한 점을 좋아했고, 이를 나중에 디랙에게 알렸다고 한다. 디랙은 이와 같이 비판했다.

하이젠베르크의 시각은 종교에 대해 관대한 입장이었으며, 파울리는 가톨릭으로 자랐기에 디랙의 비판중 침묵했다. 이후 사람들이 파울리의 의견을 묻자, 파울리는 "우리 친구 디랙은 종교를 가졌네. '세상에 신은 없고 디랙이 그 선지자이다'라는게 교리일세!"라고 응대했고, 디랙을 포함하여 그 토론에 참가했던 사람들이 모두 폭소를 터트렸다고 회고한다.^[11]

그러나 디랙의 관점은 세월이 흐르면서 차츰 변해간 것으로 보인다. 훗날 디랙은 신의 존재를 가정할 필요가 있을수도 있다고 말하며 가능성을 열어두는 발언을했다.

생명의 시작은 극도로 어려울 수 있다. 너무나 어려워 모든 행성 중에 단 한 곳에서만 발생하였을 수도 있다. ...생명의 시작에 적합한 물리적 조건을 10^-100 정도로 어림짐작해보자. 이렇게 짐작해야할 논리적인 이유는 없지만 그럴 가능성에 대해서 생각해보자는 것이다. 그 조건에서 생명의 시작은 불가능했음이 거의 확실하다. 그런 조건에서 나는 생명을 시작한 신의 존재를 가정할 필요를 느낀다. 따라서 나는 물리법칙과 신의 존재 사이의 관계를 이렇게 표현하고 싶다: 만약 물리법칙이 매우 낮은 확률로 생명을 시작하기 때문에 맹목적인 우연만으로 생명의 시작을 설명하기 어렵다는 결론에 도달한다면 반드시 신이 존재해야 한다. 그런 신이 존재한다면 추후에 발생할 양자도약 속에서 자신의 영향력을 발휘할 것이다. 반대로 생명의 시작이 매우 쉽고 성스러운 개입을 요구하지 않는다면 신은 존재하지 않는다.^[12]

시간이 더 지난 뒤에는 급기야 자연이 설계되었다고 인정하기까지 했다.

이론적인 의미에서 생각해볼 거리가 하나 더 있다. 자연의 물리법칙이 아름답고 강력한 수학 이론으로 구성되어 있는 탓에, 높은 수준의 수학적인 이해를 요구한다는 점이다. 이를 두고 이런 질문을 해볼 수 있다: 자연은 왜 이런식으로 구성되어있는가? 현재의 지식으로는 자연이 설계되었다고 대답하는 수 밖에 없다. 인정할 수 밖에 없다. 이 상황을 두고 신은 굉장히 높은 차원의 수학자이고 고등 수학을 사용해 우주를 설계했다고 표현할 수도 있겠다. -폴 디랙, The Evolution of the Physicist's Picture of Nature(1963)

지은 책

• 
  양자역학의 원리 Principles of Quantum Mechanics
  


• 양자역학 강의


• 
  양자장론 강의


• 
  일반 상대성이론 강의

서훈

• 1973년 메리트 훈장(OM; Order of Merit)^[13]

각주

외부 링크

위키미디어 공용에 관련된 미디어 자료와 분류가 있습니다. 폴 디랙 (분류)

• 
  ICTP의 디랙 메달 안내


• The Paul Dirac Collection at Florida State University


• The Paul A. M. Dirac Collection Finding Aid at Florida State University


• 
  Letters from Dirac (1932-36) and other papers, held in the Personal Papers archives of St John's College, Cambridge, UK


• 노벨재단 전기


• 
  O’Connor, John J.; Edmund F. Robertson (2003년 10월). “Paul Adrien Maurice Dirac”. 《MacTutor History of Mathematics Archive》 (영어). 세인트앤드루스 대학교. 
  


• 
  “Paul Adrien Maurice Dirac”. 《수학 계보 프로젝트》 (영어). 미국 수학회.