Заклучоци Дирак е. Дирак равенката. Квантната областа теорија

Оваа статија се фокусира на работата на Пол Дирак равенката кои во голема мера ја збогатија квантната механика. Тој ги опишува основните концепти потребни за да се разбере физичка смисла на равенката, како и методите на неговата примена.

Наука и научници

Лицето кое не е поврзано со науката, тоа е процесот на производство знаење во некоја магична сила. Научниците, според мислењето на луѓето - тоа cranks кои зборуваат некој чуден јазик и малку арогантен. Запознавање со истражувачот, далеку од науката човек еднаш рекол дека тој не се разбере физиката во училиште. Така човекот на улица е оградена од научни сознанија, барања и пообразованите соговорникот да зборува полесно и повеќе интуитивна. Сигурно Пол Дирак равенката ние се размислува, го поздрави, како и.

елементарни честички

На структурата на материјата е секогаш возбудени љубопитни умови. Во античка Грција, луѓе имаат забележано дека мермер чекори, кои се многу на нога, промена на обликот со текот на времето, и предложи: секоја нога или сандала со себе носи мал малку на работа. Овие елементи се одлучиле да го нарекуваат "атом", односно "неделива". Името останува, но се покажа дека на атоми и честички кои го сочинуваат атоми - истиот комплекс, комплекс. Овие честички се нарекува основното. Тој е посветен на работата која тие ја равенката Дирак со што се овозможи не само да се објасни спин на еден електрон, но, исто така, укажуваат на присуство на antielectron.

двојноста бран-честички

Развојот на технологијата фотографии во крајот на деветнаесеттиот век, сврзано не само мода на себе втиснување, храна и мачки, но, исто така, промовира можностите на науката. Ја доби како корисна алатка за брз слика (потсетиме претходно изложеност достигна околу 30-40 минути), научниците почнале масовно да се утврдат различни спектарот.

Кои постојат во тоа време теорија за структурата на супстанции не можев јасно да се објасни или да се предвиди спектарот на комплексни молекули. Прво, познатиот експеримент на Радерфорд покажа дека атомот не е толку неделив: неговото срце беше тешка позитивно јадро околу кое нуди лесен негативните електрони. Тогаш откривањето на радиоактивноста покажа дека јадрото не е монолитна, и се составени од протони и неутрони. И тогаш речиси истовремени откривањето на квантната на енергијата, принципот на несигурност Heisenberg и веројатна природата на елементарни честички локација даде поттик за развој на основа нов научен пристап кон проучувањето на светот кој го опкружува. Нов раздел - физиката на елементарните честички.

Главниот проблем во зората на возраст од најголемите откритија во ултра-мал обем беше да се објасни присуството на основното маса на честички и бран својства.

Ајнштајн се покажа дека дури незабележлива фотон има маса, како солидна пренесува пулсот, која паѓа на (светло феномен притисок). Во овој случај, бројни експерименти на расипување на електрони во пукнатините на барем тие имаат дифракција и пречки, тоа е чудно само да се бранува. Како резултат на тоа, мораше да признае: елементарните честички во исто време објект со маса и бран. Тоа е, на масата на, да речеме, еден електрон како што се "извалка" во енергетски пакет на својствата на бран. Овој принцип на двојноста бран-честички е дозволено да се објасни прв од сите зошто електронот не падне во јадрото, а за што постојат причини во орбита на атомот, и транзиции меѓу нив се нагло. Овие транзиции и генерираат спектар уникатен за секоја супстанција. Следно, основните физика на честички мора да се објасни беше својства на самите честички, како и нивните интеракции.

функција на бранот на броеви квантната

Erwin Schrödinger направи изненадувачки и дотогаш непознати отворање (врз основа на неговите подоцнежни Пол Dirak изградена неговата теорија). Тој се покажа дека состојбата на секоја елементарна честичка, на пример, ја опишува еден електрон бран функција ψ. Сам по себе, тоа не значи ништо, но тоа ќе се соочат веројатноста за наоѓање на електрони во даден момент на просторот. Во оваа состојба на елементарни честички во атомот (или друг систем) е опишан од страна на четири квантни броеви. Овој главен (n), орбиталата (ј), магнетни (М) и вртење (m _s) броеви. Тие покажуваат особините на елементарните честички. Како аналогија, може да донесе нафта блок. Нејзините карактеристики - тежина, големина, боја и содржина на масти. Сепак, својствата кои ги опишуваат елементарни честички, не може да се сфати интуитивно, тие треба да бидат свесни за преку математички опис. Работа Дирак равенката е - во фокусот на оваа статија е посветена на вториот, бројот на вртење.

спин

Пред да продолжите директно на равенката, потребно е да се објасни што означува спин број M _s. Тоа покажува сопствена аголниот момент на електронот, како и други елементарни честички. Овој број е секогаш позитивен и може да се целобројна вредност, нула или половина вредност (m _s = 1/2 електрони). Спин - вектор големината и само еден кој го опишува ориентација на електрони. Квантната областа теорија става вртат основа на размена на интеракција, која нема пандан во генерално интуитивна механика. број спин покажува како вектор мора да се сврти да се дојде до неговата оригинална состојба. Еден пример би бил обична топка-точка пенкало (пишување дел ќе ги споделите со позитивна насока на векторот). Таа дојде во првобитна состојба, потребно е да се сврти за 360 степени. Оваа ситуација одговара на задниот дел 1. Кога задната половина, како што ротација на електрони мора да биде 720 степени. Така, во прилог на математички интуиција, мора да имаат развиено просторното размислување за да се разбере овој имот. Само над занимаваа со функцијата бран. Тоа е главниот "актер" Schrödinger равенката со која ја опишува состојбата и позицијата на елементарните честички. Но, овој однос во својата оригинална форма е наменета за spinless честички. Се опише состојбата на електрони може само да се одржи ако генерализација на Schrödinger равенката, што е направено во работата на Дирак.

Бозони и таканаречени фермиони

Fermion - честички со вредност полу-цел број во центрифугирање. Таканаречени фермиони се наредени во системи (на пр атоми), во согласност со принципот на Паули исклучување: во секоја држава треба да биде не повеќе од еден честички. Така, секој електрони во атомот е поинаква од сите други (некои квантен број има различно значење). Квантната областа теорија опишува уште еден случај - бозони. Тие имаат спин, и сите може да биде истовремено во иста држава. Спроведувањето на овој случај се нарекува Бозе-Ајнштајн кондензација. И покрај прилично добро потврди теоретска можност да го добие, тоа е во суштина врши само во 1995 година.

равенката Дирак

Како што рековме погоре, Пол Dirak добиени равенка на класичната областа електрони. Тоа исто така ја опишува состојбата на други таканаречени фермиони. Физичка смисла на односот е комплексна и повеќеслојна, и поради својата форма треба да биде многу основни заклучоци. Форма на равенката е како што следува:

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

каде што m - маса на таканаречени фермиони (особено електрони), c - брзина на светлината, p _k - три оператори интензитет компонента (оски x, y, z), H - исечените Планковата константа, x и t - три просторни ширина, (што одговара на оските X , Y, Z) и времето, соодветно, и ψ (x, t) - chetyrohkomponentnaya функција комплекс бран, α _{k (k} = 0, 1, 2, 3) - Паули матрикс. Вторите се линеарни оператори кои делуваат на функцијата бран и својот простор. Оваа формула е доста комплицирано. За да се разбере барем неговите компоненти, потребно е да се разбере основните дефиниции на квантната механика. Можете исто така треба да ги поседува извонреден математички знаења да барем знам што вектор, матрица и оператор. Специјалист форма на равенката да се каже дури и повеќе од неговите компоненти. Еден човек обучен во нуклеарна физика и квантната механика запознаени со тоа, да се разбере значењето на овој однос. Сепак, мора да се признае дека равенката Дирак и Schrödinger - само на основните принципи на математички опис на процесите кои се случуваат во светот на квантната количини. Теоретски физичари, кои решиле да се посвети на елементарни честички и нивните интеракции, треба да се разбере суштината на овие односи на прв и втор степен. Но, оваа наука е фасцинантен, и тоа е во оваа област може да се направи чекор напред и да го зачува своето име, тоа доделување на равенката, конверзија или имот.

Ни значењето на равенката

Како што ветивме, ние им кажуваме што заклучоци крие Дирак равенката за електрон. Прво, овој однос станува јасно дека електрони спин е Ѕ. Второ, според равенката, електронот има внатрешно магнетен момент. Тоа е еднакво на Бор магнетон (едно основно магнетен момент). Но, најважниот резултат на добивање на овој сооднос е во незабележителни α оператор _k. Заклучок од равенката Дирак од равенката Schrödinger требаше долго време. Дирак почетокот мислев дека овие оператори попречуваат врска. Со помош на различни математички трикови тој се обидел да ги исклучи од равенката, но тој не успее. Како резултат на тоа, Дирак равенката за слободни честички вклучува четири оператор α. Секој од нив претставува матрица [4x4]. Две одговараат на позитивни масата на електронот, со која се докажува дека постојат две одредби од своето вртење. Другите две им овозможуваат решение за негативна маса на честички. На повеќето основни познавања на физиката обезбеди лице да се заклучи дека е невозможно во реалноста. Но, како резултат на експериментот беше откриено дека во последните две матрици се решенија за постојните честички, електрони спротивното - анти-електрон. Како електрони, томографија (т.н. оваа честичка) има маса, но цената е позитивен.

томографија

Како што често се случувало во ерата на откритијата на квантната Дирак во прво не верувам сопствени заклучоци. Тој не се осмелуваат да го објави отворено предвидување на нова честичка. Сепак, во голем број на документи и симпозиуми на различни научници истакна можноста за неговото постоење, иако тоа не е постулирана. Но, веднаш по повлекувањето на овој познат сооднос томографија била откриена во космички зрачења. Така, нејзиното постоење е потврдено емпириски. Позитрон - првиот пронајден луѓе антиматерија елемент. Позитрон роден како еден близнак пар (другиот близнак - е електронот) во интеракција на фотони со многу висока енергија јадра супстанција во силна електричното поле. Испрати фигури ние нема (и заинтересиран читател самиот ќе ги најдете сите потребни информации). Сепак, тоа е вреди да се нагласи дека ова е космички размери. За да се произведе потребните енергетски фотони може само супернова експлозии и галактички судири. тие се исто така во голем број содржани во јадрата на топла ѕвезди, вклучувајќи сонцето. Но, човек секогаш има тенденција на неговата предност. Уништување на материјата и антиматеријата дава многу енергија. За да се спречи овој процес и да го стави за доброто на човештвото (на пример, ќе бидат ефикасни мотори на меѓуѕвездениот бродови за уништување), луѓето научиле да се направи на протони во лабораторија.

Особено, голем акцелератори (како што е LHC) може да се создаде електрон-позитрон пар. Претходно, исто така, се смета дека не постојат само основно античестички (во прилог на електрони нив уште неколку), но целата антиматерија. Дури и еден мал дел од ниту еден кристално антиматерија ќе обезбеди енергија на планетата (можеби криптонит Супермен е антиматерија?).

Но, за жал, создавањето на антиматерија јадра потежок од водород не е документирано во познатиот универзум. Сепак, ако читателот смета дека интеракцијата на материјата (забелешка, тоа е суштината, а не на еден електрон) со позитрон уништување веднаш завршува, тој е во право. Кога ќе се појави на забавување томографија со голема брзина во некои течности со не-нулта веројатност поврзани електрон-позитрон пар, наречен positronium. Оваа формација има некои својства на атомот, па дури и на способноста да се влезе во хемиски реакции. Но, постои оваа кревка тандем кратко време и потоа уште уништува со емисија на две деца, а во некои случаи и три гама зраци.

недостатоците на равенката

И покрај фактот дека преку овој однос е откриен од страна на анти-електрон и антиматерија, таа има значителен недостаток. Пишување на равенки и модел изградена врз основа на него, а не се во можност да се предвиди како честички се раѓаат и уништени. Ова е чудна иронија на квантниот свет: теоријата, предвиде дека раѓањето на материја и антиматерија парови, не е во можност соодветно да се опише овој процес. Овој недостаток е елиминиран во квантната областа теорија. Со воведување на квантизацијата на полиња, овој модел опишува нивната интеракција, вклучувајќи го создавањето и уништувањето на елементарните честички. Со "квантната областа теорија", во овој случај значи многу специфичен мандат. Ова е област на физиката која го проучува однесувањето на квантната полиња.

равенката Дирак во цилиндрични ширина,

За да започнете, да знаеш што цилиндричен координатен систем. Наместо вообичаените три взаемно нормални оски да се утврди точната локација на точка во просторот со помош на агол, радиусот и висина. Ова е исто како поларниот координатен систем на авионот, но додаде и трета димензија - висина. Овој систем е корисно кога сакате да се опише или да се истражи површината симетрични околу една оска. Квантната механика е многу корисна и корисна алатка која може значително да ја намали големината на бројот на формули и пресметки. Ова е последица на аксијален симетрија на електрони облак во атомот. равенката Дирак е решен во цилиндрични координати малку поинаку од вообичаеното во системот, а понекогаш произведува неочекувани резултати. На пример, некои апликации на проблемот на утврдување на однесувањето на елементарни честички (обично електрони) во quantized трансформира тип на поле реши равенки за цилиндрични координати.

Користење на равенки за да се утврди структурата на честички

Оваа равенка опишува елементарни честички: оние кои не се состојат од уште помали елементи. Модерната наука е во можност да се измери магнетни моменти со висока точност. Така, Несогласување да се избројат користење на равенката вредности Дирак експериментално мери магнетен момент индиректно ќе се покаже на сложената структура на честички. Потсетиме, оваа равенка се однесува на таканаречени фермиони, нивната половина целобројни спин. комплицирана структура на протони и неутрони беше потврдено од страна на користење на оваа равенка. Секој од нив се состои од уште помали компоненти наречени кваркови. поле gluon држи кварковите заедно, не допуштајќи им да се распадне. Постои теорија дека кварковите - тоа не е повеќето елементарни честички на нашиот свет. Но, се додека луѓето не се доволно технички капацитет да се потврди ова.