狄拉克的結論。 狄拉克方程。 量子場論

本文重點介紹保羅狄拉克方程，這極大地豐富了量子力學的工作。 它描述了必要了解公式的物理意義的基本概念，以及其應用方法。

科學和科學家

這個人是不是與科學相關的，它是在一些妙用知識生產過程。 科學家們，在人們的看法 - 它拐誰講一個陌生的語言和略顯傲慢。 有一次他說，他不理解在學校的物理熟悉的研究員，遠離科學的人。 因此，在大街上的人是從科學知識圍起來，並要求更多的受過教育的對話者說話更方便，更直觀。 我們正在考慮當然保羅狄拉克方程，歡迎為好。

基本粒子

物質的結構總是興奮好奇的人們。 在古希臘，人們已經注意到，大理石台階，發生了很多腿，改變形狀，隨著時間的推移，並建議：每個腳或涼鞋與它承載物質的一點點。 這些因素都決定叫“原子”，即是“不可分割的”。 名稱仍然保留，但事實證明，原子和構成原子粒子 - 相同的化合物，複雜的。 這些粒子被稱為基本。 它是專門為他們狄拉克方程的工作，這不僅允許解釋電子的自旋，但也表明正電子的存在。

波粒二象性

技術照片十九世紀後期的發展，不僅entailed印跡本身，食品和貓的時尚，同時也推動了科學的可能性。 在接收到這樣一個方便的工具作為快速畫面（召回早前曝光達到約30-40分鐘），科學家們開始集體解決各種光譜。

在的物質的結構的當時現有理論不能解釋清楚或預測複雜分子的光譜。 首先，盧瑟福的著名實驗表明，該原子並非如此不可分割的：他的心臟是沉重正電的原子核周圍可方便負電子。 然後放射性的發現證明，內核並非鐵板一塊，並且是由質子和中子組成。 然後能量量子的幾乎同時發現，海森堡不確定性原理和基本粒子的位置的概率性質推動一種全新的科學方法對周圍世界的研究開發。 一個新的部分 - 基本粒子物理學。

在超小規模的地理大發現時代的黎明的主要問題是解釋基本粒子群眾性和波動性的存在。

愛因斯坦證明，即使覺察不到的光子具有的質量，為固體發送脈衝，這落在（光壓力現象）。 在這種情況下，說在縫裡電子散射無數次的實驗，至少他們有衍射和干涉，它只是特有的波。 其結果是，我不得不承認：基本粒子在同一時間一個對象，具有一定質量和波。 即，，質量就是說，在能量包到波性能的電子，因為它是“模糊”。 波粒二象性的這一原則已經允許解釋首先是為什麼電子不落入核，又為了什麼在原子中的軌道存在的原因，以及它們之間的轉換是突然的。 這些轉變，並產生獨特的任何物質的光譜。 接下來，基本粒子物理學必須解釋是粒子本身的特性，以及它們之間的相互作用。

波函數 的量子數

薛定諤做出了一個驚人和迄今晦澀的開口（他後來波爾DIRAK的基礎上建立了自己的理論）。 他證明了任何基本粒子的狀態下，例如，描述了一種電子波函數ψ。 就其本身而言，它並不意味著什麼，但它會廣場，給定的空間點找到電子的概率。 在一個原子（或其他系統）的基本粒子的這個狀態是由四個量子數描述。 該主（N），軌道（升），磁（m）和自旋（M _S）的數字。 它們顯示基本粒子的性質。 作為一個比喻，你可以把油塊。 其特點 - 重量，尺寸，顏色和脂肪含量。 然而，描述基本粒子，屬性不能直觀地理解，他們應該意識到通過數學描述。 工作狄拉克方程是 - 本文的重點是專門給後者，旋轉的數量。

紡

之前直接進行到方程，有必要解釋一下什麼表示自旋數米_每秒。 它示出了電子的自己的角動量，以及其它基本粒子。 這個號碼總是正的，並且可以取整數值，零或半值（對於m _S = 1/2電子）。 自旋 - 大小的矢量和描述電子的方位唯一的一個。 量子場論把旋轉的交流互動，這在一般直觀的力學中沒有對應的基礎。 旋轉數顯示了載體必須如何將來到它的原始狀態。 一個例子是一個普通的圓珠筆（寫入部將讓載體的正方向）。 她來到了原來的狀態，有必要轉向360度。 這種情況對應於為1背面當後一半中，作為電子旋轉必須是720度。 因此，除了數學直覺，必須發展空間思維來理解這個屬性。 只是上面處理的波函數。 這是主要的“演員”薛定諤方程由描述狀態和基本粒子的位置。 但是，在其原來的形式這種關係是用於溢美之辭顆粒。 描述電子的狀態只能容納如果薛定諤方程，這在狄拉克的工作已經做的推廣。

玻色子和費米子

費米子 - 半整數自旋值的顆粒。 費米子被佈置在根據泡利不相容原理的系統（例如原子）：在各個狀態應不超過一個顆粒。 因此，在原子的每個電子是從所有其它稍有不同（某些量子數具有不同的含義）。 量子場論描述了另一種情況 - 玻色子。 他們有一個旋轉，而且都可以同時處於相同的狀態。 這種情況下，實施所謂的玻色 - 愛因斯坦凝聚。 儘管相當不錯證實了理論上的可能性得到它時，它基本上僅1995年進行。

狄拉克方程

正如我們上面所說，波爾DIRAK衍生古典場致電子的一個等式。 這也說明了其它費米子的狀態。 這種關係的物理意義是複雜的，多方面的，由於它的形狀應該是很多基本的結論。 方程的形式如下：

- （MC _{^2α0 + CΣA K pk信息{} K = 0-3}）ψ（X，T）= I H {∂ψ/∂T（X，T）}，

其中m -光速，P _的k - -三個運營動量分量（軸x，y，z）中，H費米子（特別是電子），C的質量-修剪普朗克常數，x和噸-三個空間坐標（對應於軸X ，Y，Z）和時間，分別與ψ（X，T） - chetyrohkomponentnaya複雜波函數_，αK（K = 0，1，2，3） -泡利矩陣。 後者是在波函數和它的空間充當線性算子。 這個公式是相當複雜的。 至少了解其成分，有必要理解量子力學的基本定義。 你也應該擁有一個了不起的數學知識至少知道什麼是向量，矩陣，和運營商。 方程的形式，專家說比它的成分更大。 在核物理和熟悉的量子力學精通的人，了解這種關係的重要性。 但是，我們必須承認，狄拉克方程和薛定諤 - 只發生在量子量的世界過程的數學描述的基本原則。 理論物理學家，誰決定投身到基本粒子及其相互作用，必須了解在第一和第二學位，這些關係的本質。 但這種科學是有趣的，它是在這個領域能有所突破或延續他的名字，將其分配給方程，轉換或財產。

方程的物理意義

正如我們承諾的，我們知道什麼樣的結論掩蓋了電子狄拉克方程。 首先，該關係變得清楚的是，電子自旋為1/2。 其次，根據以下等式，電子具有固有磁矩。 它等於玻爾磁子（一個基本的磁矩）。 但是獲得這個比例的最重要的結果在於不顯眼的操作_αK。 從薛定諤方程狄拉克方程的結論花了很長時間。 狄拉克最初認為，這些運營商阻礙的關係。 隨著不同的數學技巧的幫助下，他試圖從等式中排除，但他沒有成功。 其結果是，Dirac方程為游離顆粒包括四個操作者α。 它們中的每表示矩陣[4×4]。 兩個對應於電子的正質量，這證明有其自旋的兩項條文。 其他2給出了負質量粒子的溶液。 物理學中最基本的知識提供了一個人來斷定它是在現實中是不可能的。 但是作為實驗的結果是，發現的是，最後的兩個矩陣是對現有的顆粒，電子相對的解決方案 - 反電子。 作為電子，正電子（所謂的這個粒子）具有的質量，但電荷是正的。

正電子

由於經常發生在量子狄拉克的發現起初不相信自己的結論的時代。 他不敢公開發布一個新粒子的預測。 然而，在許多論文和專題討論會在不同學者們強調了其存在的可能性，但它不是假設。 但不久後，這個著名的比率正電子的撤離宇宙輻射被發現了。 因此，它的存在已經被證實經驗。 正電子 - 第一個找到的人反物質元素。 正電子出生為一個雙對（其它雙 - 為電子）的光子與一個強電場非常高的能量物質核的相互作用。 給出具體數字，我們不會（有興趣的讀者會發現自己所有必要的信息）。 但是，值得強調的是，這是一個宇宙尺度。 為了生產所需要的能量光子只能超新星爆炸和銀河系碰撞。 他們也包含在熾熱的恆星，包括太陽的細胞核的數字。 但是，一個人總是傾向於他的優勢。 物質和反物質的湮滅給出了大量的精力。 為了遏制這一進程，並把它為全人類的利益（例如，將星際船舶湮滅的有效引擎），人們已經學會如何在實驗室中的質子。

特別地，大促進劑（如LHC）可以創建正負電子對。 此前也已表明，不僅有基本的反粒子（除電子他們幾更多）全反物質，但是。 即使是很小的一塊反物質的晶會提供能量的星球（也許氪超人是反物質？）。

但可惜，反物質核比氫更重的創建尚未記錄在已知的宇宙。 但是，如果讀者認為物質的相互作用（注意，這是物質，而不是單個電子）與正電子湮滅立即結束，他就錯了。 當在高速正電子減速在一些液體具有非零概率出現相關正負電子對，稱為正電子素。 此形成具有原子並且甚至進入化學反應的能力的一些性質。 但這種脆弱的串聯一小段時間，然後仍與兩個排放殲，在某些情況下，和三個γ射線。

等式的缺點

儘管通過這種關係是由反電子和反物質發現，它有一個缺點顯著。 編寫基於它的方程和建立的模型，無法預測顆粒是如何誕生和毀滅。 這是量子世界的一種特殊的諷刺：理論，預測物質 - 反物質對的誕生，是不能充分描述這一過程。 這個缺點已經被淘汰的量子場論。 通過引入域的量化，該模型描述了它們之間的相互作用，包括基本粒子的產生和湮滅。 在這種情況下，“量子場論”指的是非常具體的期限。 這是研究量子場的行為物理學的區域。

狄拉克在圓柱坐標方程

首先，讓你知道什麼是圓柱形的坐標系。 而不是通常的三個相互垂直的軸，以確定使用角度，半徑和高度在空間中的點的確切位置。 這是相同的平面上的極坐標系，但增加了第三維 - 高度。 當你想描述或調查對稱圍繞一個軸表面這個系統是非常有用的。 量子力學是一個非常有用和方便的工具，它可以顯著降低公式和計算數量的大小。 這是的結果 中的原子的電子雲的軸對稱。 狄拉克等式在圓柱坐標解決比平時略有不同的系統，並且有時會產生意想不到的結果。 舉例來說，在量化的一些應用中確定基本粒子的行為的問題（通常電子）變換類型字段求解的方程到柱面坐標。

使用等式來確定所述顆粒的結構

這個方程描述了基本粒子：那些不是由更小的元素。 現代科學能夠以高精度測量磁矩。 因此，失配進行計數用實驗測得磁矩狄拉克等式值將間接地指示所述顆粒的複雜結構。 回想一下，這個方程適用於費米子，其半整數自旋。 質子和中子的複雜結構，通過使用這個公式證實。 他們每個人的由更小的部件叫做夸克。 膠子場舉行夸克在一起，而不是讓他們分崩離析。 有夸克理論 - 這不是我們這個世界的最基本粒子。 但只要人們沒有足夠的技術能力來驗證這一點。