Dirac d'Conclusiounen. Dirac Equatioun. Quantephysik Terrain Theorie

Dësen Artikel axéiert op der Aarbecht vum Paul Dirac Equatioun déi immens der Quantemechanik beräichert. Et beschreift déi elementar Konzepter néideg der kierperlech Bedeitung vun der Equatioun ze verstoen, wéi och Methoden vu senger Applikatioun.

Wëssenschaft an Wëssenschaftler

D'Persoun ass net mat Wëssenschaft assoziéiert, ass et d'Wëssen Produktioun Prozess an e puer magesch Effekt. D'Wëssenschaftler, an der Meenung vun de Leit - et cranks déi eng komesch Sprooch a liicht arrogant schwätzen. War elo mat de Fuerscher leieren, wäit aus Wëssenschaft Mann eemol hie gesot, datt hien net der Physik an der Schoul verstanen huet. Also de Mann an der Strooss ass aus wëssenschaftleche Wëssen wäerten ugefaangen, an Demanden méi gebilt interlocutor méi einfach a méi maniabel ze schwätzen. Wouer Paul Dirac Equatioun mir si bereet, begréisst och.

Elementar- Deelchen

D'Struktur vun egal ass ëmmer virwëtzeg housch opgereegt. Am antike Griicheland, hu Leit gemierkt, datt de Marber Schrëtt, déi vill vun Been huet, änneren Form iwwer Zäit, a proposéiert: all Fouss oder Sandal mat et dréit e kleng weineg egal. Dës Elementer hunn decidéiert "Atomer" ze nennen, dat ass "indivisibel". Numm bleift, mä et war aus datt d'Atomer an der Deelchen datt Atomer nohuelen - déi selwecht Massa, komplex. Dës Deelchen sinn Elementar- genannt. Et ass un der Aarbecht si Dirac Equatioun éige déi net nëmmen erlaabt der spin vun engem Elektronen ze erklären, mä proposéiere och d'Presenz vun antielectron.

Wave-ëm bilden

D'Entwécklung vun Technologie Fotoen am spéiden Joerhonnerten, deen net nëmmen d'Moud selwer vun imprinting, Liewensmëttel a Kazen, mee gefördert och d'Méiglechkeeten vun der Wëssenschaft. Nodeems scho sou engem praktesch Outil als séier Bild (Réckruff virdrun aussetzt erreecht ronn 30-40 Minutten), ugefaang Wëssenschaftler en masse eng Varietéit vun Spektren zu befestegt.

Scho bei där Zäit Theorie vun der Struktur vu Substanzen erklären konnt net kloer oder Viraus de Spektren vun komplex Molekülle. Éischt, huet de berühmte Experimenter vun Rutherford datt Atom net sou indivisibel ass: säin Häerz gouf schwéier positiv Keimzell ronderëm déi einfach negativ Elektronepueren offréiert. Da bewisen der Entdeckung vu Radioaktivitéit datt d'sätzt net eng monolith ass, an ass weider vun protons an neutrons feieren. An dann de bal simultan Entdeckung vun der Quantephysik vun Energie, den Heisenberg Onsécherheet Prinzip an probabilistic Natur vun Elementar- Deelchen Standuert Impulser fir d'Entwécklung vun engem grondsätzléch nei wëssenschaftlech Approche zu der Etude vun der ronderëm Welt. Eng nei Rubrik - der Physik vun Elementar- Deelchen.

D'Haaptprobleem um Sonnenopgang vum Alter vun de groussen Entdeckungen an ultra-kleng Skala huet sech d'Präsenz vun Elementar- ëm schwéier a Schwéngung Eegeschafte ze erklären.

Einstein bewisen, datt och Banden photon eng Mass huet, wéi staark ee Pulsatiounsperiod iwwerdréit, déi op der (Liicht Drock Phänomen) falen. An dësem Fall, sot vill Experimenter op den Effekt vun Elektronepueren an der crevices vun op d'mannst si der akkurat a agemëscht hunn, ass et komescher nëmmen zu Deel. Als Resultat, hat ech zouginn: d'Elementar- Deelchen gläichzäiteg mat enger Mass an engem Deel en Objet. Dat ass, der Mass vun, soen, en Elektronen wéi et sech "verschmiert" an der Energie Pak fir d'Schwéngung Eegeschafte. Dëse Prinzip vun Schwéngung-ëm bilden huet éischt vun all ze erklären firwat Nodeems den Elektronen duerch d'Keimzell net falen, a fir wat Grënn existéieren an engem Atom senger Ëmlafbunn, an der Mëttesrascht tëscht hinnen sinn esoueng. Dës Mëttesrascht an Generéiere engem Spektrum eenzegaarteg zu keng Substanz. Nächst, Elementar- ëm Physik muss erklären war Eegeschafte vun der Deelchen selwer, wéi och hir Interaktiounen.

D'Deel Funktioun vun der Quantephysik Zuelen

Erwin Schrödinger feieren eng onerwaarten a bis dohin obskur der Ouverture (op der Basis vu senge spéit Pol Dirak seng Theorie gebaut). Hien huet bewisen, datt de Staat vun all Elementar- ëm, zum Beispill, eng Elektronen Schwéngung Funktioun ψ beschreift. Duerch selwer, heescht dat net näischt, mä et gëtt op enger bestëmmter Punkt gehat Probabilitéit vun fannen den Elektronen Feld. An dësem Staat Elementar- Deelchen an engem Atom (oder engem anere System) ass déi véier Quantephysik Zuelen beschriwwen. Dëst Haaptrei (n), Bunnen (l), Magnéitfeld (m) a spin (m _s) Zuelen. Si weisen d'Eegeschafte vun Elementar- Deelchen. Als Analogie, kënnt Dir den Ueleg Spär bréngen. Seng Charakteristiken - Gewiicht, Gréisst, Faarf a Fett Inhalt. Allerdéngs war d'Wunnengen, Elementar- Deelchen beschreiwen, kann net intuitiv verstane ginn, sollen se bewosst duerch d'mathematesch Beschreiwung ginn. Aarbecht Dirac Equatioun ass - de Schwéierpunkt vun dëser Manifestatioun ass e fir d'Pai, d'Zuel vun spin.

spin

Éier direkt un der Equatioun ganz zefridde, ass et néideg ze erklären wat _d'vum spin Zuel m _ADR. Et weist eege Dréiimpuls vun der Elektronen, an aner Elementar- Deelchen. Dës Zuel ass ëmmer positiv a kann eng ganz Wäert, null oder Halschent Wäert (fir m _s = 1/2 Elektronen) huelen. Spin - Gréisst Vecteure an den eenzegen deen d'Orientatioun vun der Elektronen beschreift. Quantephysik Terrain Theorie héichgehalen der Basis vun den Austausch Interaktioun spin, déi am Allgemengen maniabel Mechanik kee Kolleg huet. Spin Zuel weist, wéi de Vecteure mussen ze Originalgréisst Staat ze kommen Tour. E Beispill géif eng gewéinlech Ball-Punkt Pen (Schreiwen Deel wäert loosse der positiv Richtung vun der Vecteure) ginn. Datt si zu der Original Staat huet, ass et néideg 360 Grad ze maachen. Dës Situatioun entsprécht hannen 1. Wann d'zréck Halschent, wéi de Elektronen Rotatioun 720 Grad muss. Sou, an Nieft mathematesch Usiicht, muss raimlech denken entwéckelt hunn dëst Verméigen ze verstoen. Just virun der Schwéngung Funktioun erfollegen. Et ass den Haaptgrond "Schauspiller" Schrödinger Equatioun vun deenen de Staat an Positioun vun der Elementar- Deelchen beschreift. Mä dës Relatioun zu sengem Original Form ass fir spinless Deelchen geduecht. Beschreiwen den Zoustand vun der Elektronen kann nëmmen schätzen wann der generalization vum Schrödinger Equatioun agefouert, déi an der Aarbecht vun Dirac gemaach ginn ass.

Bosons an fermions

Fermion - Deelchen mat Broscht ganz spin Wäert. Fermions sinn an Systemer (e.g. Atomer) no der Pauli Exklusioun Prinzip arrangéiert: an all Staat soll kee méi wéi ee ëm. Sou, ass all Elektronen am Atom bëssi anescht wéi all déi aner (puer Quantephysik Zuel huet eng aner Bedeitung). Quantephysik Terrain Theorie beschreift anere Fall - bosons. Si hunn eng spin, an all kann gläichzäiteg an der selwechter Staat ginn. Ëmsetzung vun dësem Fall genannt Bose-Einstein Kondensatioun. Trotz der éischter gutt déi theoretesch Méiglechkeet bestätegt et ze kréien, ass et am Fong an 1995 duerchgefouert gehalen.

Dirac Equatioun

Wéi mir uewen sot, ofgeleet Pol Dirak eng Equatioun vu klassescher Terrain Elektronen. Et beschreift och de Status vun Wéinst fermions. Der kierperlecher Sënn vun der Relatioun ass komplex a ville Beräicher, a well vu senger Form soll vill vun fundamental Conclusiounen ginn. Form vun der Equatioun ass wéi follegt:

- (MC ² α _{0 + C Σ engem K p K {} k = 0-3 Joer}) ψ (x, t) = ech H {∂ ψ / ∂ t (x, t)},

wou m - Mass vun fermions (besonnesch Elektronepueren), c - Drorakéit vum Liicht, p _K - dräi Opérateuren erun Komponent (d'Axen x, y, Z), H - si Planck d'konstant, x a t - dräi raimlech Koordinaten (op d'Axen X entspriechend , Y, Z) an Zäit, respektiv, an ψ (x, t) - chetyrohkomponentnaya komplex Schwéngung Funktioun, α _{k (k} = 0, 1, 2, 3) - Pauli Matrixentgasung. Der Pai linear Opérateuren, déi op der Schwéngung Funktioun a seng Plaatz Akt. Dës Formel ass relativ komplizéiert. Fir op d'mannst seng Komponente verstoen, ass et néideg der Basis Definitiounen vun Quantemechanik ze verstoen. Dir sollt och déi eng bemierkenswäert mathematescht Wëssen op d'mannst ze wëssen, wat eng Vecteure, Matrixentgasung, an de Bedreiwer. Spezialist Form vun der Equatioun ze soen, nach méi ewéi seng Komponente. E Mann beherrscht an nuklear Physik an Quantemechanik Gewunnecht, verstinn d'Wichtegkeet vun dëser Relatioun. musse mir awer zouginn, datt de Dirac Equatioun a Schrödinger - nëmmen d'Elementar- Prinzipien vun der mathematesch Beschreiwung vun de Prozesser, déi an der Welt vun Quantephysik Quantitéite geschéien. Theoretesch Physiker, deen decidéiert hunn sech op d'Elementar- Deelchen an hir Interaktiounen investeiéren, muss verstoen der Essenz vun deene Relatiounen op der éischter an zweeter Ofschloss. Mä dës Wëssenschaft ass spannend, an et ass an dësem Beräich eng Chance maachen kann oder säin Numm ze setzen, ass et zu der Equatioun, Konversioun oder Besëtz baséiert dorop.

Der kierperlecher Bedeitung vun der Equatioun

Wéi mir versprach, sot mir wat Conclusioune vun der Dirac Equatioun fir d'Elektronen verstoppte Wourechten dréit. Éischtens, gëtt dës Relatioun kloer dass d'Elektronen spin ½ ass. Zweetens, no der Equatioun, huet d'Elektronen Eng direkt Ausriichtung Magnéitfeld Moment. Et ass gläich dem Bohr magneton (eent Elementar- Magnéitfeld Moment). Mee déi wichtegst Resultat dat Verhältnis vun Maîtrise läit am inconspicuous Bedreiwer α _k. Conclusioun vun der Dirac Equatioun vum Schrödinger Equatioun huet eng laang Zäit. Dirac geduecht Ufank datt dës Opérateuren der Relatioun dovunner. Mat der Hëllef vu verschiddene mathematesch Tricken probéiert hien hinnen aus der Equatioun zu ausgeschloss, mä hien huet gelengt net. Als Resultat, ëmfaasst de Dirac Equatioun agefouert, fir déi fräi Deelchen véier Bedreiwer α. Jiddereng vun hinnen duerstellt engem Matrixentgasung [4x4]. Zwee sëlwecht fir den positiven Mass vun den Elektronen, déi dat do sinn zwou Dispositiounen vu sengem spin beweist. Aner zwee ginn eng Léisung fir negativ Mass Deelchen. De stäerkste elementar Kenntnisser vun der Physik déi eng Persoun ze schléissen, dass et an der Realitéit onméiglech ass. Mä als Resultat vun der Experimenter gouf et fonnt eraus, datt de leschten zwee matrices sinn d'Léisungen fir déi bestehend Deelchen, Elektronen Géigendeel - Anti-Elektronen. Den Elektronen, positron (sougenannten dëser ëm) huet eng Mass, mä d'Vitesse ass positiv.

positron

Wéi oft um éischte net gleewen huet an der Ära vun den Entdeckungen vun Quantephysik Dirac geschitt ass hir eege Conclusiounen. Hien hat mol net ze offen der Cepheid vun enger neier ëm publizéieren. Allerdéngs hunn an eng Rei vun Aarbechten an Ausbildung op verschidde Geléiert Mëttelpunkt der Méiglechkeet vu senger Existenz, obwuel et net postulated ass. Awer geschwënn nom Réckzuch vun dësem berühmte Verhältnis positron war an kosmescher Stralung entdeckt. Sou, gouf seng Existenz haut zum confirméiert. Positron - déi éischt fonnt Leit erméiglecht Element. Positron gebuer als ee Brudder hien huet misse (Wéinst Brudder - ass eng Elektronen) an der Interaktioun vun photons mat Ganz héich Energie Substanz Placken an engem staarken elektrescht Feld. Ginn Zuelen mir net (an der interesséiert Lieser fannt selwer all déi néideg Informatiounen). Allerdéngs ass et wäert Betount datt dëst e kosmescher Skala ass. Fir déi néideg Energie photons produzéiere kann nëmmen Supernova Explosiounen an galaktesche Opstousse. si ginn och an eng Rei vun de Käre vun waarm Stäre, dorënner d'Sonn. Awer eng Persoun hautdësdaags ëmmer zu sengem Virdeel. D'annihilation vun egal a erméiglecht gëtt vill Energie. Zu dësem Prozess Trëttoir an et fir de gudden vun der Fräiheet huet (zum Beispill, wier effektiv Motore vun interstellaart Schëffer ze annihilation ginn), hu Leit geléiert dem protons am Labo maachen.

Besonnesch, grouss Kuerzbefehler (wéi den LHC) kann Elektronen-positron hien huet misse schafen. Virdrun och ass et ugeholl, datt et net nëmmen Elementar- antiparticles (zousätzlech zu der Elektronen hinnen e puer méi), mä déi ganz erméiglecht. Och e klengt Stéck vun all Kristallsglas produzéiert erméiglecht de Planéit der Energie déi wier (vläicht war Kryptonite Biergop erméiglecht?).

Awer Souen, huet d'Schafung vun erméiglecht Käre ich wéi Waasserstoff net am bekannt Universum dokumentéiert ginn. Allerdéngs, wann de Lieser mengt dass der Interaktioun vun egal (Note, et ass d'Substanz, net vun engem eenzege Elektronen) mat positron annihilation direkt goung, hien verwiesselt ass. Wann der positron bittt op héich Vitesse an e puer Flëssegkeeten mat Wahrscheinlechkeet Net-null Zesummenhang Elektronen-positron hien huet misse loossen, genannt positronium. Dës Équipe huet e puer Eegeschafte vum Atom an esouguer d'Fähegkeet an chemesche Reaktioune bis gitt. Mä et ass dës fragil zwee kuerz Zäit an dann annihilates nach mat Emissioun vun zwee, an an e puer Fäll, an dräi Gammablëtz Strahlen.

Nodeeler vun der Equatioun

Trotz der Tatsaach, datt duerch dës Relatioun vun Anti-Elektronen an erméiglecht entdeckt gouf, huet et e groussen Nodeel. Schreiwen Equatioune a gebaut Modell baséiert op dat, sinn net kënnen ze soe wéi de Deelchen sidd gebuer an zerstéiert. Dat ass enger komescher Ironie vun der Quantephysik Welt: d'Theorie, d'Gebuert vun Matière-erméiglecht Puer virausgesot, ass adequat net kënnen zu dësem Prozess beschreiwen. Dëst Nodeel ass an Quantephysik Terrain Theorie éliminéiert. Vum Aféiere der quantization vun Felder, beschreift dëse Modell hir Interaktioun, dorënner d'Kreatioun an annihilation vun Elementar- Deelchen. Vun "Quantephysik Terrain Theorie" an dësem Fall heescht eng ganz spezifesch Begrëff. Dëst ass e Beräich vun der Physik, datt d'Behuele vun Quantephysik Felder Studien.

Dirac d'Equatioun zu zylindresch koordinéiert

Ze fänken, Loosst Dir wësst wat eng zylindresch System koordinéieren. Amplaz vun den üblechen dräi Géigesäitegkeet vertikal Axen der geneeër Plaz vun engem Punkt am Raum ze bestëmmen de Wénkel benotzt, de Radius an Héicht. Dat ass d'selwecht wéi e polare System koordinéieren op de Fliger, mä eng drëtt Dimensioun ginn - Héicht. Dëse System ass nëtzlech wann Dir wëllt eng Uewerfläch Ru iwwer eng Achs ze beschreiwen oder ze ermëttelen. Quantemechanik ass eng ganz nëtzlech a praktesch Instrument datt der Gréisst vun der Zuel vun Formelen a Berechnunge däitlech reduzéieren kann. Dëst ass eng Konsequenz vun axial Briechung vun der Elektronen Wollek an engem Atom. D'Dirac Equatioun ass an zylindresch Koordinaten geléist liicht anescht wéi gewinnt an de System, an produzéiert heiansdo exzellent Resultater. Zum Beispill, (normalerweis Elektronepueren) am quantifiéiert Typ Terrain geléist Equatiounen ze zylindresch Koordinaten Verännerung puer Applikatiounen de Problem vun der Behuele vun Elementar- Deelchen Bestëmmung.

Benotzt Equatioune der Struktur vun der particulate ze bestëmmen

Dës Equatioun beschreift d'Elementar- Deelchen: déi, déi vun och kleng Elementer aus nët. Modern Wëssenschaft ass gebass der Magnéitfeld Momenter mat héijer Genauegkeet ze moossen. Also, fir eng net fonnt zielen der Equatioun Wäerter Dirac benotzt experimentally Magnéitfeld Moment gemooss gëtt indirekt d'komplex Struktur vun der Deelchen weg. Réckruff, dës Equatioun zielt fir fermions, hir Broscht ganz spin. komplizéiert Struktur vun protons an neutrons war mat dëser Equatioun confirméiert. Jiddereng vun hinnen besteet aus souguer kleng Deeler genannt quarks. Gluon Terrain Holding der quarks zesummen, net hinnen ausser Agräife falen. Et ass eng Theorie, datt quarks - et net am meeschte Elementar- Deelchen vun eiser Welt ass. Mä esou laang wéi Leit hunn net genuch technesch Muecht dëst fir z'iwwerpréiwen.