狄拉克的结论。 狄拉克方程。 量子场论

本文重点介绍保罗狄拉克方程，这极大地丰富了量子力学的工作。 它描述了必要了解公式的物理意义的基本概念，以及其应用方法。

科学和科学家

这个人是不是与科学相关的，它是在一些妙用知识生产过程。 科学家们，在人们的看法 - 它拐谁讲一个陌生的语言和略显傲慢。 有一次他说，他不理解在学校的物理熟悉的研究员，远离科学的人。 因此，在大街上的人是从科学知识围起来，并要求更多的受过教育的对话者说话更方便，更直观。 我们正在考虑当然保罗狄拉克方程，欢迎为好。

基本粒子

物质的结构总是兴奋好奇的人们。 在古希腊，人们已经注意到，大理石台阶，发生了很多腿，改变形状，随着时间的推移，并建议：每个脚或凉鞋与它承载物质的一点点。 这些因素都决定叫“原子”，即是“不可分割的”。 名称仍然保留，但事实证明，原子和构成原子粒子 - 相同的化合物，复杂的。 这些粒子被称为基本。 它是专门为他们狄拉克方程的工作，这不仅允许解释电子的自旋，但也表明正电子的存在。

波粒二象性

技术照片十九世纪后期的发展，不仅entailed印迹本身，食品和猫的时尚，同时也推动了科学的可能性。 在接收到这样一个方便的工具作为快速画面（召回早前曝光达到约30-40分钟），科学家们开始集体解决各种光谱。

在的物质的结构的当时现有理论不能解释清楚或预测复杂分子的光谱。 首先，卢瑟福的著名实验表明，该原子并非如此不可分割的：他的心脏是沉重正电的原子核周围可方便负电子。 然后放射性的发现证明，内核并非铁板一块，并且是由质子和中子组成。 然后能量量子的几乎同时发现，海森堡不确定性原理和基本粒子的位置的概率性质推动一种全新的科学方法对周围世界的研究开发。 一个新的部分 - 基本粒子物理学。

在超小规模的地理大发现时代的黎明的主要问题是解释基本粒子群众性和波动性的存在。

爱因斯坦证明，即使觉察不到的光子具有的质量，为固体发送脉冲，这落在（光压力现象）。 在这种情况下，说在缝里电子散射无数次的实验，至少他们有衍射和干涉，它只是特有的波。 其结果是，我不得不承认：基本粒子在同一时间一个对象，具有一定质量和波。 即，，质量就是说，在能量包到波性能的电子，因为它是“模糊”。 波粒二象性的这一原则已经允许解释首先是为什么电子不落入核，又为了什么在原子中的轨道存在的原因，以及它们之间的转换是突然的。 这些转变，并产生独特的任何物质的光谱。 接下来，基本粒子物理学必须解释是粒子本身的特性，以及它们之间的相互作用。

波函数 的量子数

欧文·薛定谔做出了一个惊人和迄今晦涩的开口（他后来波尔DIRAK的基础上建立了自己的理论）。 他证明了任何基本粒子的状态下，例如，描述了一种电子波函数ψ。 就其本身而言，它并不意味着什么，但它会广场，给定的空间点找到电子的概率。 在一个原子（或其他系统）的基本粒子的这个状态是由四个量子数描述。 该主（N），轨道（升），磁（m）和自旋（M _S）的数字。 它们显示基本粒子的性质。 作为一个比喻，你可以把油块。 其特点 - 重量，尺寸，颜色和脂肪含量。 然而，描述基本粒子，属性不能直观地理解，他们应该意识到通过数学描述。 工作狄拉克方程是 - 本文的重点是专门给后者，旋转的数量。

纺

之前直接进行到方程，有必要解释一下什么表示自旋数米_每秒。 它示出了电子的自己的角动量，以及其它基本粒子。 这个号码总是正的，并且可以取整数值，零或半值（对于m _S = 1/2电子）。 自旋 - 大小的矢量和描述电子的方位唯一的一个。 量子场论把旋转的交流互动，这在一般直观的力学中没有对应的基础。 旋转数显示了载体必须如何将来到它的原始状态。 一个例子是一个普通的圆珠笔（写入部将让载体的正方向）。 她来到了原来的状态，有必要转向360度。 这种情况对应于为1背面当后一半中，作为电子旋转必须是720度。 因此，除了数学直觉，必须发展空间思维来理解这个属性。 只是上面处理的波函数。 这是主要的“演员”薛定谔方程由描述状态和基本粒子的位置。 但是，在其原来的形式这种关系是用于溢美之辞颗粒。 描述电子的状态只能容纳如果薛定谔方程，这在狄拉克的工作已经做的推广。

玻色子和费米子

费米子 - 半整数自旋值的颗粒。 费米子被布置在根据泡利不相容原理的系统（例如原子）：在各个状态应不超过一个颗粒。 因此，在原子的每个电子是从所有其它稍有不同（某些量子数具有不同的含义）。 量子场论描述了另一种情况 - 玻色子。 他们有一个旋转，而且都可以同时处于相同的状态。 这种情况下，实施所谓的玻色 - 爱因斯坦凝聚。 尽管相当不错证实了理论上的可能性得到它时，它基本上仅1995年进行。

狄拉克方程

正如我们上面所说，波尔DIRAK衍生古典场致电子的一个等式。 这也说明了其它费米子的状态。 这种关系的物理意义是复杂的，多方面的，由于它的形状应该是很多基本的结论。 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 - -三个运营动量分量（轴x，y，z）中，H费米子（特别是电子），C的质量-修剪普朗克常数，x和吨-三个空间坐标（对应于轴X ，Y，Z）和时间，分别与ψ（X，T） - chetyrohkomponentnaya复杂波函数_，αK（K = 0，1，2，3） -泡利矩阵。 后者是在波函数和它的空间充当线性算子。 这个公式是相当复杂的。 至少了解其成分，有必要理解量子力学的基本定义。 你也应该拥有一个了不起的数学知识至少知道什么是向量，矩阵，和运营商。 方程的形式，专家说比它的成分更大。 在核物理和熟悉的量子力学精通的人，了解这种关系的重要性。 但是，我们必须承认，狄拉克方程和薛定谔 - 只发生在量子量的世界过程的数学描述的基本原则。 理论物理学家，谁决定投身到基本粒子及其相互作用，必须了解在第一和第二学位，这些关系的本质。 但这种科学是有趣的，它是在这个领域能有所突破或延续他的名字，将其分配给方程，转换或财产。

方程的物理意义

正如我们承诺的，我们知道什么样的结论掩盖了电子狄拉克方程。 首先，该关系变得清楚的是，电子自旋为1/2。 其次，根据以下等式，电子具有固有磁矩。 它等于玻尔磁子（一个基本的磁矩）。 但是获得这个比例的最重要的结果在于不显眼的操作_αK。 从薛定谔方程狄拉克方程的结论花了很长时间。 狄拉克最初认为，这些运营商阻碍的关系。 随着不同的数学技巧的帮助下，他试图从等式中排除，但他没有成功。 其结果是，Dirac方程为游离颗粒包括四个操作者α。 它们中的每表示矩阵[4×4]。 两个对应于电子的正质量，这证明有其自旋的两项条文。 其他2给出了负质量粒子的溶液。 物理学中最基本的知识提供了一个人来断定它是在现实中是不可能的。 但是作为实验的结果是，发现的是，最后的两个矩阵是对现有的颗粒，电子相对的解决方案 - 反电子。 作为电子，正电子（所谓的这个粒子）具有的质量，但电荷是正的。

正电子

由于经常发生在量子狄拉克的发现起初不相信自己的结论的时代。 他不敢公开发布一个新粒子的预测。 然而，在许多论文和专题讨论会在不同学者们强调了其存在的可能性，但它不是假设。 但不久后，这个著名的比率正电子的撤离宇宙辐射被发现了。 因此，它的存在已经被证实经验。 正电子 - 第一个找到的人反物质元素。 正电子出生为一个双对（其它双 - 为电子）的光子与一个强电场非常高的能量物质核的相互作用。 给出具体数字，我们不会（有兴趣的读者会发现自己所有必要的信息）。 但是，值得强调的是，这是一个宇宙尺度。 为了生产所需要的能量光子只能超新星爆炸和银河系碰撞。 他们也包含在炽热的恒星，包括太阳的细胞核的数字。 但是，一个人总是倾向于他的优势。 物质和反物质的湮灭给出了大量的精力。 为了遏制这一进程，并把它为全人类的利益（例如，将星际船舶湮灭的有效引擎），人们已经学会如何在实验室中的质子。

特别地，大促进剂（如LHC）可以创建正负电子对。 此前也已表明，不仅有基本的反粒子（除电子他们几更多）全反物质，但是。 即使是很小的一块反物质的晶会提供能量的星球（也许氪超人是反物质？）。

但可惜，反物质核比氢更重的创建尚未记录在已知的宇宙。 但是，如果读者认为物质的相互作用（注意，这是物质，而不是单个电子）与正电子湮灭立即结束，他就错了。 当在高速正电子减速在一些液体具有非零概率出现相关正负电子对，称为正电子素。 此形成具有原子并且甚至进入化学反应的能力的一些性质。 但这种脆弱的串联一小段时间，然后仍与两个排放歼，在某些情况下，和三个γ射线。

等式的缺点

尽管通过这种关系是由反电子和反物质发现，它有一个缺点显著。 编写基于它的方程和建立的模型，无法预测颗粒是如何诞生和毁灭。 这是量子世界的一种特殊的讽刺：理论，预测物质 - 反物质对的诞生，是不能充分描述这一过程。 这个缺点已经被淘汰的量子场论。 通过引入域的量化，该模型描述了它们之间的相互作用，包括基本粒子的产生和湮灭。 在这种情况下，“量子场论”指的是非常具体的期限。 这是研究量子场的行为物理学的区域。

狄拉克在圆柱坐标方程

首先，让你知道什么是圆柱形的坐标系。 而不是通常的三个相互垂直的轴，以确定使用角度，半径和高度在空间中的点的确切位置。 这是相同的平面上的极坐标系，但增加了第三维 - 高度。 当你想描述或调查对称围绕一个轴表面这个系统是非常有用的。 量子力学是一个非常有用和方便的工具，它可以显著降低公式和计算数量的大小。 这是的结果 中的原子的电子云的轴对称。 狄拉克等式在圆柱坐标解决比平时略有不同的系统，并且有时会产生意想不到的结果。 举例来说，在量化的一些应用中确定基本粒子的行为的问题（通常电子）变换类型字段求解的方程到柱面坐标。

使用等式来确定所述颗粒的结构

这个方程描述了基本粒子：那些不是由更小的元素。 现代科学能够以高精度测量磁矩。 因此，失配进行计数用实验测得磁矩狄拉克等式值将间接地指示所述颗粒的复杂结构。 回想一下，这个方程适用于费米子，其半整数自旋。 质子和中子的复杂结构，通过使用这个公式证实。 他们每个人的由更小的部件叫做夸克。 胶子场举行夸克在一起，而不是让他们分崩离析。 有夸克理论 - 这不是我们这个世界的最基本粒子。 但只要人们没有足够的技术能力来验证这一点。