Konklizyon Dirac la. Dirac ekwasyon. Kwantik teyori jaden

Atik sa a konsantre sou travay la nan Pòl Dirac ekwasyon ki anpil rich mekanik yo pwopòsyon. Li dekri konsèp debaz yo ki nesesè yo konprann siyifikasyon fizik la nan ekwasyon an, osi byen ke metòd pou aplikasyon li yo.

Syans ak syantis

Moun nan se pa sa ki asosye ak syans, li se pwosesis pwodiksyon an konesans nan kèk efè majik. Syantis yo, nan opinyon an nan moun - li manivèl ki pale yon lang etranj yo ak yon ti kras kite lògèy vire tèt. Pou konnen ak chèchè a, byen lwen nan nonm syans yon fwa li te di ke li pa t 'konprann fizik yo nan lekòl la. Se konsa, se nonm sa a nan lari a gwo ranpa koupe soti nan konesans syantifik, ak demann plis edike entèrlokuteur yo pale pi fasil ak plis entwisyon. Se vre wi Pòl Dirac ekwasyon nou yo ap konsidere, akeyi kòm byen.

patikil elemantè

Se estrikti a nan matyè toujou eksite lespri kirye. Nan ansyen Grès, moun ki te remake ke etap sa yo mab, ki te pran yon anpil nan janm, chanjman fòm sou tan, ak sijere: chak pye oswa sapat pote avèk li yon ti jan ti nan matyè. Eleman sa yo te deside rele "atòm", ki se "endivizib". Non rete, men li te tounen soti ke atòm yo ak patikil yo ki fè moute atòm - konpoze an menm, konplèks. patikil sa yo rele primè. Li se dedye a travay la yo Dirac ekwasyon ki pèmèt pa sèlman yo eksplike vire a nan yon elèktron, men tou, sijere prezans nan antielectron.

Vag-patikil Duality

Devlopman nan nan foto teknoloji nan diznevyèm syèk la an reta, explik pa sèlman mòd la nan imprinting tèt li, manje, manje ak chat, men tou, ankouraje posiblite yo nan syans. Èske w gen te resevwa tankou yon zouti sou la men kòm yon foto rapid (sonje pi bonè ekspoze rive sou 30-40 minit), syantis yo te kòmanse en masse yo ranje yon varyete de SPECTRA.

Ki deja egziste nan moman sa teyori tan nan estrikti a nan sibstans ki sou pa t 'kapab eksplike aklè oswa predi SPECTRA la nan molekil konplèks. Premyèman, eksperyans la pi popilè nan Rutherford te montre ke atòm a se pa konsa pou sa endivizib: kè l 'te lou nwayo pozitif alantou ki ofri fasil elektwon negatif. Lè sa a, dekouvèt la nan radyoaktivite pwouve ke Kernel a se pa yon monolitik, epi li se te fè leve nan pwoton ak netwon. Lè sa a, dekouvèt la prèske similtane nan pwopòsyon an nan enèji, Heisenberg prensip la ensèten ak nati Probabilistic nan ELEMENTARY Kote patikil bay UN nan devlopman nan yon apwòch fondamantalman nouvo syantifik nan etid la nan mond lan ki antoure. Yon nouvo seksyon - fizik yo nan patikil elemantè.

Pwoblèm nan prensipal nan dimanch maten byen bonè nan ki gen laj la nan dekouvèt yo gwo nan ultra-ti echèl te eksplike prezans nan mas patikil lekòl primè ak pwopriyete onn.

Einstein te pwouve ke menm insansibl fotonik gen yon mas, kòm yon solid transmèt yon batman kè, ki tonbe sou (fenomèn nan presyon limyè). Nan ka sa a, eksperyans anpil sou simen an nan elektwon nan twou yo nan di omwen yo gen diffraction a ak entèferans, li se spesifik sèlman nan balanse. Kòm yon rezilta, mwen te gen admèt: patikil yo primè nan menm tan an yon objè ak yon mas ak yon onn. Sa se, mas la nan, di, yon elèktron kòm li te "andwi" nan pake a enèji nan pwopriyete yo onn. te Prensip sa a nan vag-patikil Duality pèmèt yo eksplike premye nan tout poukisa elèktron a pa tonbe nan nwayo a, ak pou sa rezon ki fè egziste nan òbit yon atòm an, ak tranzisyon ki genyen ant yo se brid sou kou. tranzisyon sa yo ak jenere yon espèk inik nan nenpòt sibstans. Apre sa, lekòl primè fizik patikil dwe eksplike te pwopriyete nan patikil yo tèt yo, osi byen ke entèraksyon yo.

Fonksyon an vag nan nimewo yo pwopòsyon

Erwin Schrödinger te fè yon etone ak jusqu 'fènwa ouvèti a (sou baz la nan pita li Pol Dirak bati teyori l'). Li te pwouve ke eta a nan nenpòt ki patikil elemantè, pou egzanp, dekri yon fonksyon ψ elèktron onn. Pou kont li, li pa vle di anyen, men li pral kare pwobabilite pou jwenn elèktron a nan yon pwen yo bay yo nan espas. Nan eta sa a nan patikil elemantè nan yon atòm (oswa yon lòt sistèm) se dekri nan kat nimewo pwopòsyon. Sa a prensipal (n), òbital (l), mayetik (m) ak vire (m _yo) chif yo. Yo montre pwopriyete yo nan patikil elemantè. Kòm yon analoji, ou ka pote blòk la lwil oliv. Karakteristik li yo - pwa, gwosè, koulè ak kontni grès. Sepandan, pwopriyete yo ki dekri patikil elemantè, pa ka konprann entwitif, yo ta dwe okouran de nan deskripsyon an matematik. Travay Dirac ekwasyon se - se konsantre nan nan atik sa a konsakre nan lèt la, ki kantite vire.

vire

Anvan pwosedi dirèkteman nan ekwasyon an, li se nesesè yo eksplike ki sa vle di Nimewo vire m _{nan nan.} Li montre pwòp angilè momantòm nan elèktron a, ak lòt patikil elemantè. Nimewo sa a se toujou pozitif ak ka pran yon valè nonb antye relatif, zewo oswa mwatye valè (pou m _nan = 1/2 elèktron). Rad - vektè gwosè ak yon sèl la sèlman ki dekri oryantasyon an nan elèktron a. teyori jaden kwantik mete vire baz la nan entèraksyon an echanj, ki pa gen okenn kontrepati nan mekanik jeneralman entwisyon. Nimewo rad montre kouman vektè a dwe vire pou yo vini nan eta orijinal li. Yon egzanp ta dwe yon òdinè plim boul-pwen (ekri yon pati pral kite yon direksyon ki pozitif nan vektè a). Sa li rive nan eta orijinal la, li nesesè yo vire 360 degre. Sitiyasyon sa a koresponn ak do a nan 1. Lè mwatye nan tounen, kòm wotasyon a elèktron dwe 720 degre. Se konsa, nan adisyon a entwisyon matematik, yo dwe yo te devlope panse espasyal yo konprann pwopriyete sa a. Jis pi wo a te fè fas ak fonksyon an onn. Li se prensipal "aktè" Schrödinger ekwasyon an pa ki dekri eta a ak pozisyon nan patikil yo primè. Men, se relasyon sa a nan fòm orijinal li gen entansyon pou patikil spinless. Dekri eta a nan elèktron a ka sèlman kenbe si jeneralizasyon a nan ekwasyon an Schrödinger, ki te fè l 'nan travay la nan Dirac.

Bozon ak fèrmyon

Fèrmyon - patikil ak demi-nonb antye relatif valè vire. Fèrmyon yo ranje nan sistèm (egzanp atòm) dapre prensip la esklizyon Pauli: nan chak eta ta dwe gen okenn plis pase yon patikil. Se konsa, chak elèktron nan atòm nan se yon ti jan diferan de tout lòt moun (kèk nimewo pwopòsyon gen yon siyifikasyon diferan). teyori jaden kwantik dekri yon lòt ka - bozon. Yo gen yon vire, ak tout ka ansanm dwe nan eta a menm. Aplikasyon nan ka sa a yo rele Bose-Einstein kondansasyon. Malgre san patipri byen konfime nan posibilite pou teyorik jwenn li, li se esansyèlman te pote soti nan 1995 pou kont li.

Dirac ekwasyon

Tankou nou te di pi wo a, Pol Dirak sòti yon ekwasyon nan klasik elèktron jaden. Li te tou dekri estati a nan fèrmyon yo ak lòt. sans fizik la nan relasyon an se konplèks ak raj tout kalite, e paske nan fòm li yo ta dwe gen yon anpil nan konklizyon fondamantal. Fòm nan ekwasyon an se jan sa a:

- (mc ² α _{0 + c Σ yon k k p {} k = 0-3}) ψ (x, t) = m H {∂ ψ / ∂ t (x, t)},

kote M - mas la fèrmyon (patikilyèman elektwon), c - vitès nan limyè, p _k - twa operatè momantòm eleman (aks x, y, z an), H - pran pare Planck nan konstan, x ak t - twa kowòdone espasyal (ki koresponn a aks X yo , Y, Z) ak tan, respektivman, ak ψ (x, t) - chetyrohkomponentnaya fonksyon konplèks vag, α _{k (k} = 0, 1, 2, 3) - matris Pauli. Lèt la se operatè lineyè ki aji sou fonksyon an vag ak espas li yo. fòmil sa a se byen konplike. Pou konprann omwen eleman li yo, li nesesè yo konprann definisyon debaz yo nan mekanik pwopòsyon. Ou ta dwe tou posede yon remakab konesans matematik nan omwen konnen ki sa yon vektè, matris, ak operatè a. fòm Espesyalis nan ekwasyon an vle di pi plis pase eleman li yo. Yon nonm vèrs nan fizik nikleyè ak pwopòsyon mekanik abitye avèk, konprann enpòtans ki genyen nan relasyon sa a. Sepandan, nou dwe admèt ke ekwasyon an Dirac ak Schrödinger - se sèlman prensip yo lekòl primè nan deskripsyon an matematik nan pwosesis yo ki rive nan mond lan nan kantite pwopòsyon. fizisyen teyorik, ki moun ki te deside konsakre tèt li nan patikil yo primè ak entè-aksyon yo, gen ke ou konprann sans nan relasyon sa yo sou degre nan premye ak dezyèm. Men, syans sa a se kaptivan, epi li se nan zòn sa a ka fè yon dekouvèt oswa nan perpétuer non l ', plase li nan ekwasyon, konvèsyon an oswa pwopriyete.

Siyifikasyon an fizik nan ekwasyon an

Kòm nou te pwomèt la, nou di sa konklizyon kache ekwasyon an Dirac pou elèktron an. Pwemyeman, relasyon sa a vin klè ke vire a elèktron se ½. Dezyèmman, dapre ekwasyon an, elèktron a gen yon moman intrinsèques mayetik. Li se egal a mayeton nan Bohr (youn primè moman mayetik). Men, rezilta a pi enpòtan nan jwenn sa a rapò manti nan évident _k la α _operatè. Konklizyon nan ekwasyon an Dirac soti nan ekwasyon an Schrödinger te pran yon tan long. Dirac okòmansman te panse ke operatè sa yo anpeche relasyon an. Avèk èd nan ke trik nouvèl diferan matematik li te eseye eskli yo soti nan ekwasyon an, men li pa t 'reyisi. Kòm yon rezilta, ekwasyon an Dirac pou patikil yo gratis gen ladan kat α operatè. Chak nan yo reprezante yon matris [4x4]. De koresponn ak mas la ki pozitif nan elèktron a, ki pwouve ke gen de dispozisyon ki nan vire li yo. Gen lòt ki de bay yon solisyon pou patikil mas negatif. konesans nan ki pi fondamantal nan fizik bay yon moun yo konkli ke li se enposib nan reyalite. Men, kòm yon rezilta nan eksperyans la li te jwenn soti ke de dènye matris yo solisyon yo nan patikil yo ki deja egziste, elèktron opoze - anti-elèktron. Kòm elèktron, position (sa yo rele patikil sa a) gen yon mas, men chaj la se pozitif.

position

Kòm souvan rive nan epòk la nan dekouvèt yo nan pwopòsyon Dirac nan premye pa t 'kwè konklizyon pwòp yo. Li pa t 'azade ouvètman pibliye prediksyon a nan yon nouvo patikil. Sepandan, nan yon nonb de papye ak senpozya sou entelektyèl divès kalite te mete aksan sou posibilite pou egzistans li, byenke li se pa sa postila. Men, pran yo touswit apre te retrè a nan sa a position rapò pi popilè dekouvri nan radyasyon cosmic. Kidonk, gen egzistans li te konfime pwouve. Position - premye jwenn moun ki antimatyèr eleman an. Position fèt kòm yon pè jimo (lòt jimo a - se yon elèktron) nan entèraksyon an nan foton ak trè wo am enèji sibstans nan yon jaden fò elektrik. Bay figi nou pa pral (epi lektè a ki enterese ap jwenn tèt li tout enfòmasyon ki nesesè). Sepandan, sa li vo mete aksan sou ke sa a se yon echèl cosmic. Yo pwodwi foton yo enèji mande ka sèlman eksplozyon supèrnova ak kolizyon galaktik. yo tou nan yon nonb ki genyen nan nwayo a nan zetwal cho, ki gen ladan solèy la. Men, yon moun toujou gen tandans nan avantaj l 'yo. èkstèrminasyon la nan matyè ak antimatyèr bay yon anpil nan enèji. Yo twotwa pwosesis sa a ak yo mete l 'pou bon nan limanite (pou egzanp, ta dwe motè efikas nan bato entèstelè èkstèrminasyon), moun ki te aprann fè pwoton yo nan laboratwa a.

An patikilye, accélérateurs gwo (tankou LHC la) ka kreye elèktron-position pè. Précédemment tou li te sigjere ke gen se pa sèlman antiparticles primè (nan adisyon a elèktron nan yo yon tijan plis), men antimatyèr a tout antye. Menm yon ti moso nan nenpòt ki kristal nan antimatyèr ta bay enèji nan planèt la (petèt kryptonite devni selèb te antimatyèr?).

Men, malè, kreyasyon an nwayo antimatyèr pi lou pase idwojèn pa te dokimante nan linivè a li te ye. Sepandan, si lektè a panse ke entèraksyon an nan pwoblèm (note, li se sibstans nan, pa nan yon elèktron sèl) ak position èkstèrminasyon imedyatman fini, se li ki fè erè. Lè frenaj nan position a gwo vitès nan kèk likid ak ki pa Peye-zewo pwobabilite rive ki gen rapò elèktron-position pè, ki rele pozitronyom. fòmasyon sa a gen kèk pwopriyete nan nwayo yon atòm an e menm kapasite nan antre nan reyaksyon chimik. Men, gen sa a frajil tandem kout tan ak Lè sa a toujou aneanti ak emisyon nan de, ak nan kèk ka, ak twa reyon gama.

dezavantaj nan ekwasyon an

Malgre lefèt ke nan relasyon sa a te dekouvwi pa anti-elèktron ak antimatyèr, li gen yon dezavantaj enpòtan. Ekri Ekwasyon ak modèl bati ki baze sou li, yo pa kapab prevwa kijan patikil yo ki fèt ak detwi. Sa a se yon paradoks spesifik nan mond lan pwopòsyon: teyori a, prevwa nesans la nan pè pwoblèm-antimatyèr, se pa kapab byen dekri pwosesis sa a. Sa a te dezavantaj te elimine nan teyori jaden pwopòsyon. Pa entwodwi kantizasyon la nan jaden, modèl sa a dekri entèraksyon yo, ki gen ladan kreyasyon an ak èkstèrminasyon nan patikil elemantè. By "teyori jaden pwopòsyon" nan ka sa a vle di yon tèm trè espesifik. Sa a se yon zòn nan fizik ki etidye konpòtman an nan jaden pwopòsyon.

ekwasyon Dirac la nan kowòdone silendrik

Pou kòmanse, se pou w konnen sa yon silendrik kowòdone sistèm. Olye pou yo abityèl twa aks yo mityèlman pèpandikilè ak detèmine kote egzak la nan yon pwen nan espas lè l sèvi avèk ang lan, reyon an ak wotè. Sa a se menm bagay la tou kòm yon sistèm kowòdone polè sou plan an, men yo te ajoute yon dimansyon twazyèm - wotè. Sistèm sa a se itil lè ou vle dekri oswa mennen ankèt sou yon sifas ki simetrik sou yon aks. pwopòsyon mekanik se yon zouti trè itil ak sou la men ki ka siyifikativman redwi gwosè a nan ki kantite fòmil ak kalkil. Sa a se yon konsekans axial simetri nan nwaj la elèktron nan yon atòm. se ekwasyon an Dirac rezoud nan kowòdone silendrik yon ti kras diferan pase nòmal nan sistèm nan, epi pafwa pwodui rezilta inatandi. Pou egzanp, kèk aplikasyon pwoblèm nan pou detèmine konpòtman an nan patikil elemantè (anjeneral elektwon) nan kantifye nan transfòme kalite jaden Rezoud ekwasyon kowòdone silendrik.

Lè l sèvi avèk ekwasyon detèmine estrikti a nan patikil nan

ekwasyon sa a dekri patikil yo primè: moun ki pa konpoze de menm ki pi piti eleman. syans modèn se kapab mezire moman yo mayetik ak presizyon segondè. Kidonk, yon dezekilib yo konte lè l sèvi avèk valè yo ekwasyon Dirac èksperimantal mezire moman mayetik pral endirèkteman endike estrikti nan konplèks nan patikil yo. Rapèl, ekwasyon sa a aplike a fèrmyon, vire mwatye nonb antye relatif yo. te konplike estrikti nan pwoton ak netwon konfime pa lè l sèvi avèk ekwasyon sa a. Chak nan yo konsiste de menm ki pi piti eleman rele kark. Gluon jaden kenbe kark yo ansanm, pa kite yo tonbe apa. Gen yon teyori ki kark - li a pa patikil ki pi elemantè nan lemonn nou an. Men, osi lontan ke moun ki pa gen ase kapasite teknik yo verifye sa a.