Dirac ká ipinnu. Dirac idogba. Kuatomu oko yii

Yi article fojusi lori ise ti Paul Dirac idogba eyi ti gidigidi idarato awọn kuatomu isiseero. O se apejuwe awọn ipilẹ agbekale pataki lati ni oye awọn ara itumo ti idogba, bi daradara bi awọn ọna ti awọn oniwe-elo.

Science ati sayensi

Awọn eniyan ti ko ba ni nkan ṣe pẹlu Imọ, o jẹ awọn imo gbóògì ilana ni diẹ ninu awọn ti idan ipa. Awon onimo ijinle sayensi, ni ero ti eniyan - o cranks ti nsọrọ a ajeji ede ati die-die ti igbaraga. Nini acquainted pẹlu awọn awadi, jina lati Imọ eniyan ni kete ti o wi pe o ko ye awọn fisiksi ni ile-iwe. Bayi awọn ọkunrin ninu awọn ita ti wa ni lule ni pipa lati ijinle sayensi imo, ati awọn ibeere siwaju sii ìwé interlocutor lati sọrọ rọrun ati siwaju sii ogbon. Dájúdájú, Paul Dirac idogba ti a ba, tewogba bi daradara.

ìṣòro patikulu

Awọn be ti ọrọ ti wa ni nigbagbogbo yiya iyanilenu ọkàn. Ni atijọ ti Greece, awon eniyan ti woye wipe awọn didan igbesẹ, ti o si mu a pupo ti ẹsẹ, ayipada apẹrẹ lori akoko, ati ki o daba: kọọkan ẹsẹ tabi bàta gbejade pẹlu ti o kan aami bit ti ọrọ. Awọn wọnyi ni awọn eroja ti pinnu lati pe "awọn ọta", ti o ni "indivisible". Name si maa wa, sugbon o wa ni jade wipe awọn ọta ati awọn patikulu ti o ṣe soke awọn ọta - kanna yellow, eka. Awọn wọnyi ni patikulu ti wa ni a npe ni ìṣòro. O ti wa ni igbẹhin si awọn iṣẹ ti won Dirac idogba eyi ti laaye ko nikan lati se alaye awọn omo ti ẹya itanna, sugbon o tun daba niwaju antielectron.

Igbi-patiku duality

Awọn idagbasoke ti imo awọn fọto ni pẹ ọgọrun ọdun, entailed ko nikan ni njagun ti imprinting ara, ounje ati awọn ologbo, sugbon o tun igbega awọn ti o ṣeeṣe ti Imọ. Lehin gba iru kan ni ọwọ ọpa bi awọn ọna kan aworan (ÌRÁNTÍ sẹyìn ifihan ami nipa 30-40 iṣẹju), sayensi bẹrẹ en masse lati fix kan orisirisi ti sipekitira.

Ti wa tẹlẹ ni ti akoko yii ti awọn be ti oludoti ko le kedere se alaye tabi asọtẹlẹ sipekitira ti eka Awọn ohun ti. First, awọn gbajumọ ṣàdánwò ti Rutherford fihan wipe atomu ni ko ki indivisible: ọkàn rẹ eru rere arin ni ayika eyi ti nfun rorun odi elekitironi. Ki o si awọn Awari ti radioactivity safihan wipe ekuro ni ko kan monolith, ati ki o ni ṣe soke ti protons ati neutroni. Ati ki o fere igbakana Awari ti awọn kuatomu ti agbara, awọn Heisenberg aidaniloju opo ati bi ẹnipe iseda ti ìṣòro patikulu ipo fun iwuri si awọn idagbasoke ti a taa titun ijinle sayensi ona si iwadi ti awọn agbegbe aye. A titun apakan - awọn fisiksi ti ìṣòro patikulu.

Awọn ifilelẹ ti awọn oro ni owurọ ti awọn ọjọ ori ti awọn nla Imọ ni olekenka-kekere asekale je lati se alaye awọn niwaju ìṣòro patiku ọpọ eniyan ati igbi-ini.

Einstein safihan wipe ani imperceptible fotonu ni o ni kan ibi-, bi a ri to ndari a polusi, eyi ti o ṣubu lori (ina titẹ lasan). Ni idi eyi, afonifoji adanwo lori tituka ti elekitironi ninu awọn crevices ti wi ni o kere won ni tite imole ati kikọlu, o jẹ ti ao nikan lati fì. Bi awọn kan abajade, mo ni lati gba: awọn ìṣòro patikulu ni akoko kanna ohun kan pẹlu ibi-ati ki o kan igbi. Ti o ni, ibi ti, wipe, ohun itanna bi o ti won "smeared" ni agbara package si awọn igbi-ini. Eleyi opo ti igbi-patiku duality ti laaye lati se alaye akọkọ ti gbogbo idi ti awọn itanna ko ni subu sinu awọn arin, ati fun ohun idi tẹlẹ ninu ohun Atomu ká yipo, ati awọn itejade laarin awọn ti wọn wa ni abrupt. Awọn wọnyi ni awọn itejade ati ki o se ina kan julọ.Oniranran oto si eyikeyi nkan na. Next, ìṣòro patiku fisiksi gbọdọ se alaye wà ini ti awọn awon patikulu ara wọn, bi daradara bi wọn ibasepo.

Awọn igbi iṣẹ ti awọn kuatomu awọn nọmba

Erwin Schrödinger ṣe kan yanilenu ati di isisiyi ibitiopamo awọn šiši (lori ilana rẹ nigbamii Pol Dirak kọ yii). Ti o safihan wipe ipinle ti eyikeyi ìṣòro patiku, fun apẹẹrẹ, apejuwe ohun itanna igbi iṣẹ ψ. Nipa ara, o ko ko tunmọ ohunkohun, ṣugbọn o yoo square iṣeeṣe ti wiwa awọn itanna ni a fi fun ojuami ti aaye. Ni yi ipinle ti ìṣòro patikulu ni ohun atomu (tabi miiran eto) ni ṣàpèjúwe nipasẹ mẹrin kuatomu awọn nọmba. Yi akọkọ (n), ti ohun iyipo (l), se (m) ati omo (m _s) awọn nọmba. Nwọn si fi awọn ini ti ìṣòro patikulu. Bi awọn ohun ni apéerẹìgbìyànjú, o le mu awọn epo Àkọsílẹ. Awọn oniwe-abuda - iwuwo, iwọn, awọ ati ki o sanra akoonu. Sibẹsibẹ, awọn ini ti o se apejuwe ìṣòro patikulu, ko le wa ni gbọye ènìyàn, ki nwọn ki o jẹ mọ ti nipasẹ awọn mathematiki apejuwe. Ise Dirac idogba ni - awọn idojukọ ti yi article ti wa ni ti yasọtọ si awọn igbehin, awọn nọmba ti omo.

omo

Ṣaaju ki o to ye taara si awọn idogba, o jẹ pataki lati se alaye ohun ti ntọka si awọn omo nọmba m _s. O ti fihan ara angula ipa ti awọn itanna, ati awọn miiran ìṣòro patikulu. Yi nọmba jẹ nigbagbogbo rere ati ki o le ya ohun odidi iye, odo tabi idaji iye (fun m _s = 1/2 itanna). Omo - iwọn fekito ati awọn nikan ni ọkan ti o apejuwe awọn iṣalaye ti awọn itanna. Kuatomu oko yii yoo omo igba ti awọn paṣipaarọ ibaraenisepo, eyi ti o ni o ni ko counterpart ni gbogbo ogbon isiseero. Omo nọmba fihan bi awọn fekito gbọdọ tan lati wa si awọn oniwe-atilẹba ipinle. Ohun apẹẹrẹ ni yio jẹ arinrin rogodo-ojuami pen (kikọ apakan yoo jẹ ki awọn rere itọsọna ti awọn fekito). Ti o wá si awọn atilẹba ipinle, o jẹ pataki lati tan 360 iwọn. Ipo yìí ni ibamu si awọn pada ti 1 Nigba ti o ti pada idaji, bi awọn itanna Yiyi gbọdọ jẹ 720 iwọn. Nítorí, ni afikun si mathematiki intuition, gbọdọ ti ni idagbasoke aye ero lati ni oye yi ini. O kan loke jiya pẹlu awọn igbi iṣẹ. O ti wa ni awọn ifilelẹ ti awọn "osere" Schrodinger idogba nipa eyi ti apejuwe awọn ipinle ati ipo ti awọn ìṣòro patikulu. Sugbon yi ibasepo ninu awọn oniwe-atilẹba fọọmu ti wa ni a ti pinnu fun spinless patikulu. Apejuwe awọn ipinle ti awọn itanna le nikan mu ti o ba ti akopọ ti awọn Schrödinger idogba, eyi ti o ti a ti ṣe ni ise ti Dirac.

Bosons ati fermions

Fermion - patikulu pẹlu idaji-odidi omo iye. Fermions wa ni idayatọ ni awọn ọna šiše (e.g. awọn ọta) ni ibamu si awọn Pauli iyasoto opo: ni kọọkan ipinle yẹ ki o wa ti ko si siwaju ju ọkan patiku. Bayi, kọọkan itanna ni atomu ni itumo ti o yatọ lati gbogbo awọn miran (diẹ ninu awọn kuatomu nọmba ni o ni kan ti o yatọ itumo). Kuatomu oko yii apejuwe miiran nla - bosons. Won ni a omo ere, ati gbogbo le ni nigbakannaa wa ni kanna ipinle. Imuse ti idi eyi a npe ni Bose-Einstein condensation. Pelu awọn iṣẹtọ daradara timo awọn tumq si seese lati gba o, o ti wa ni pataki ti gbe jade ni 1995 nikan.

Dirac idogba

Bi a ti wi loke, Pol Dirak ti ari idogba ti kilasika oko itanna. O tun se apejuwe awọn ipo ti awọn miiran fermions. Awọn ti ara ori ti ni ibasepo ti wa ni eka ati ki o multifaceted, ati nitori ti awọn oniwe-apẹrẹ yẹ ki o wa a pupo ti Pataki ipinnu. Fọọmu ti idogba jẹ bi wọnyi:

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

ibi ti m - ibi-ti fermions (paapa elekitironi), c - ere sisa ti ina, p _k - mẹta awọn oniṣẹ ipa paati (awọn ẹdun x, y, z), H - ayodanu Planck ká ibakan, x ati t - mẹta aye ipoidojuko (bamu si ẹdun X , Y, Z) ati akoko, lẹsẹsẹ, ki o si ψ (x, t) - chetyrohkomponentnaya eka igbi iṣẹ, α _{k (k} = 0, 1, 2, 3) - Pauli matrix. Awọn igbehin ti wa ni PCM awọn oniṣẹ ti sise lori igbi iṣẹ ati awọn oniwe-aaye. Afida yi jẹ ohun idiju. Lati ni oye ni o kere awọn oniwe-irinše, o jẹ pataki lati ni oye awọn ipilẹ itumo ti kuatomu isiseero. O yẹ ki o tun gbà a lapẹẹrẹ mathematiki imo to ni o kere mọ ohun ti a fekito, sekondiri, ati awọn onišẹ. Specialist fọọmu ti idogba lati sọ ani diẹ sii ju awọn oniwe-irinše. A ọkunrin kan tó iparun fisiksi ati ki o kuatomu isiseero faramọ pẹlu, ni oye pataki ti yi ibasepọ. Sugbon, a gbodo gba pe awọn Dirac idogba ati Schrödinger - nikan ni ìṣòro agbekale ti awọn mathematiki apejuwe ti awọn ilana ti o waye ni awọn aye ti kuatomu titobi. O tumq si physicists, ti o ti pinnu lati fi ara rẹ si awọn ìṣòro patikulu ati awọn won ibasepo, ni lati ni oye awọn lodi ti awọn wọnyi ajosepo lori akọkọ ati keji ìyí. Sugbon yi Imọ ni fanimọra, ati awọn ti o jẹ ni agbegbe yi le ṣe a awaridii tabi lati perpetuate orukọ rẹ, ni ojuse ti o si idogba, iyipada tabi ohun ini.

Awọn ti ara itumo ti idogba

Bi a ti se ileri, a sọ ohun ipinnu o bò awọn Dirac idogba fun awọn itanna. Ni ibere, yi relation di ko o pe awọn itanna omo ni ½. Keji, ni ibamu si idogba, awọn itanna o ni awọn ohun ojulowo se akoko. O ti wa ni dogba si awọn Bohr magneton (ọkan ìṣòro se akoko). Ṣugbọn awọn julọ pataki esi ti gba yi ratio da ni inconspicuous onišẹ α _k. Ipari ti awọn Dirac idogba lati Schrödinger idogba si mu igba pipẹ. Dirac lakoko ro wipe awọn oniṣẹ di awọn ibasepọ. Pẹlu iranlọwọ ti o yatọ si mathematiki ẹtan o gbiyanju lati ifesi wọn lati idogba, ṣugbọn on kò aseyori. Bi awọn kan abajade, awọn Dirac idogba fun awọn free patikulu pẹlu mẹrin onišẹ α. Kọọkan ti wọn duro a matrix [4x4]. Meji badọgba lati awọn rere ibi ti awọn itanna, eyi ti fi han wipe nibẹ ni o wa meji ipese ti awọn oniwe-omo. Awọn miran meji fun a ojutu fun odi ibi-patikulu. Julọ ipilẹ imo ti fisiksi pese a eniyan lati pinnu wipe o jẹ soro ni otito. Sugbon bi kan abajade ti awọn ṣàdánwò ti o ti ri jade wipe kẹhin meji iwon ni o wa ni solusan si awọn ti wa tẹlẹ patikulu, itanna idakeji - egboogi-itanna. Bi itanna, positron (ki a npe ni yi patiku) ni o ni kan ibi-, ṣugbọn awọn idiyele ti wa ni rere.

positron

Bi igba sele ninu awọn akoko ti awọn Imọ ti kuatomu Dirac ni akọkọ kò gbà ara wọn ipinnu. O si ko agbodo lati gbangba jade p ti a titun patiku. Sibẹsibẹ, ni nọmba kan ti ogbe ati symposia lori orisirisi ọjọgbọn ti tẹnumọ awọn seese ti awọn oniwe-aye, biotilejepe o ti wa ni ko postulated. Ṣugbọn kete lẹhin ti awọn yiyọ ti yi olokiki ratio positron a ti se awari ni agba Ìtọjú. Bayi, awọn oniwe-aye ti a ti timo empirically. Positron - akọkọ ri awọn antimatter ano. Positron bi bi ọkan ibeji bata (awọn miiran ibeji - jẹ ẹya itanna) ni ibaraenisepo ti photons pẹlu gan ga agbara nkan kohun ni kan to lagbara ina aaye. Fun isiro ti a kì yio (ati awọn nife RSS yoo ri ara gbogbo awọn pataki alaye). Sugbon, o jẹ tọ emphasizing pe yi ni a agba asekale. Lati gbe awọn awọn ti a beere agbara photons le nikan Supernova explosions ati galactic collisions. ti won wa tun ni awọn nọmba kan ti o wa ninu awọn iwo ti gbona irawọ, pẹlu oorun. Ṣugbọn a eniyan nigbagbogbo duro lati rẹ anfani. Awọn annihilation ti nwon ati antimatter yoo fun a pupo ti agbara. Lati dena yi ilana ati lati fi o fun awọn ti o dara aráyé (fun apẹẹrẹ, ni yio jẹ munadoko enjini ti interstellar ọkọ lati annihilation), awon eniyan ti kẹkọọ lati ṣe awọn protons ninu awọn yàrá.

Ni pato, ti o tobi accelerators (bi awọn LHC) le ṣẹda awọn itanna-positron bata. Tẹlẹ tun o ti a ti daba wipe nibẹ ni o wa ko nikan ìṣòro antiparticles (ni afikun si awọn itanna wọn kan diẹ ẹ sii), sugbon gbogbo antimatter. Ani kekere kan nkan ti eyikeyi gara ti antimatter yoo pese agbara awọn aye (boya Kryptonite alagbara wà antimatter?).

Ṣugbọn alas, awọn ẹda ti antimatter iwo wuwo ju hydrogen ti ko ti ni akọsilẹ ninu awọn mọ Agbaye. Sibẹsibẹ, ti o ba ti RSS bar o wipe awọn ibaraenisepo ti ọrọ (akiyesi, o jẹ awọn nkan na, ko ti a nikan itanna) pẹlu positron annihilation lẹsẹkẹsẹ pari, o jẹ àṣìṣe. Nigbati awọn positron deceleration ni ga iyara ni diẹ ninu awọn olomi pẹlu ti kii-odo iṣeeṣe Daju ti o ni ibatan itanna-positron bata, ti a npe positronium. Eleyi Ibiyi ni o ni diẹ ini ti atomu ati paapa ni agbara lati tẹ sinu kemikali aati. Ṣugbọn nibẹ ni yi ẹlẹgẹ kẹkẹ ẹlẹṣin igba ati ki o si tun annihilates pẹlu njade lara ti meji, ati ni awọn igba miiran, ati mẹta gamma egungun.

alailanfani ti idogba

Bíótilẹ o daju wipe nipasẹ yi ibasepo a ti se awari nipa egboogi-itanna ati antimatter, o ni o ni a significant drawback. Kikọ idogba ati awoṣe itumọ ti da lori o, o wa ni ko ni anfani lati ṣe asọtẹlẹ bi awọn patikulu ti wa ni bi ati run. Eleyi jẹ kan ti ao irony ti awọn kuatomu aiye: yii, ti anro ni ibi ti ọrọ-antimatter orisii, ni ko ni anfani lati to fun apejuwe yi ilana. Yi daradara ti a ti kuro ni kuatomu oko yii. Nipa to ni lenu awọn quantization ti oko, awoṣe yi apejuwe wọn ibaraenisepo, pẹlu awọn ẹda ati annihilation ti ìṣòro patikulu. Nipa "kuatomu oko yii" ninu apere yi tumo si a gan pato igba. Eleyi jẹ ẹya agbegbe ti fisiksi ti ẹrọ awọn ihuwasi ti kuatomu aaye.

Dirac ká idogba ni iyipo ipoidojuko

Lati bẹrẹ, jẹ ki o mọ ohun ti a iyipo ipoidojuko eto. Dipo ti awọn ibùgbé mẹta tosi papẹndikula àáké lati mọ awọn gangan ipo kan ti a ti ojuami ni aaye kun lilo awọn igun, awọn rediosi ati iga. Eleyi jẹ kanna bi a pola ipoidojuko eto lori pete, sugbon fi kun a kẹta apa miran - iga. Yi eto jẹ wulo nigba ti o ba fẹ lati se apejuwe tabi lati se iwadi a dada symmetrical nipa ọkan ipo. Kuatomu isiseero ni a gidigidi wulo ati ki o ni ọwọ ọpa ti o le significantly din awọn iwọn ti awọn nọmba ti fomula ati isiro. Eleyi jẹ kan Nitori ti asiali isedogba ti awọn itanna awọsanma ni ohun atomu. The Dirac idogba wa ni re ni iyipo ipoidojuko die-die otooto ju ibùgbé ninu awọn eto, ati ki o ma fun wa airotẹlẹ esi. Fun apẹẹrẹ, diẹ ninu awọn ohun elo awọn isoro ti ti npinnu awọn ihuwasi ti ìṣòro patikulu (maa elekitironi) ni quantized pada iru oko re idogba to iyipo ipoidojuko.

Lilo idogba lati mọ awọn be ti awọn particulate

Idogba yi apejuwe awọn ìṣòro patikulu: awọn ti ko ni ani kere eroja. Modern Imọ ni anfani lati wiwọn awọn se asiko pẹlu ga yiye. Bayi, a mismatch lati ka nipa lilo awọn Dirac idogba iye aṣeyẹwo won se akoko ti yoo ekoro fihan awọn eka be ti awọn patikulu. ÌRÁNTÍ, yi idogba kan si fermions, wọn idaji-odidi omo. idiju be ti protons ati neutroni ti a timo nipa lilo yi idogba. Kọọkan ti wọn oriširiši ani kere irinše ti a npe ni quarks. Gluon aaye dani awọn quarks jọ, ko jẹ kí wọn ti kuna yato si. Nibẹ ni a yii ti quarks - o ni ko julọ ìṣòro patikulu ti aye wa. Ṣugbọn bi gun bi awon eniyan ma ko ni to imọ agbara lati mọ daju yi.