Encamên Dirac da. hevsengiyekê Dirac. teoriya qada Quantum

Ev gotar li ser kar ji hêlekê Paul Dirac ku gelek dewlemendkirî ji mekanîka qûantan disekine. Ev têgehên bingehîn pêwîst ji bo fêm wateya fîzîkî ji hêlekê, û herweha ji metodên pêkanînê xwe de rave dike.

Zanist û zanyar

Yê ku bi zanistê re têkildar ne, ev pêvajoya hilberîna zanînê li hin bandora sêhrbazî ye. Zanyar, di raya gelê - ew Cranks ku zimanê xerîb û hinekî qure diaxivin. Getting bi lêkolîner dizanî, dûr ji mirovê zanistê cih de wî got ku ew li fîzîkê li dibistana fêm ne. Bi vî awayî mirov di kolanê de ye, ji zanîna zanistî zadî, û daxwazên bêtir perwerde muxataban re biaxive hêsantir û zêdetir xwedî hisiyet. Bi rastî paşaroja Paul Dirac em difikirin, qebûl kir ku baş.

keriyên bingehîn

Bingehê mijarê de her tim hişê Çûnkî bi coş. Yewnana Kevnar, mirov lê hay bûne ku gavên ji mermer, ku gelek ji lingê xwe, shape guhertinê li ser dem girt, û pêşniyar: her lingê an sandal hildigire bi hinekî tiny ji madeyê. Ew hêman, biryar da ku dibêjin "atom", ku "nayê dabeşkirin". Navê dimîne, lê belê derket holê ku, atoman û pirîskên ku atoman make up - de, terkîb heman, kompleks. Ev keriyên bi seretayî kir. Ev yek ji bo karê paşaroja Dirac ew ku destûr ne bi tenê ji bo ravekirina spin ji elektronek diyarî, di heman demê de jî, amaje bi hebûna antielectron.

duality Wave-particle

Pêşketina photos teknolojiya di dawîya sedsala nozdehan de, ne bi tenê dikarî digirt, xuyabûna imprinting xwe, xwarin û cats, di heman demê de jî derfetên ji zanistê bête. Piştî ku weha tool handy wek picture bi lez stand (recall zûtir pozan 30-40 deqeyan gihîşt), zanyar dest pê bimeşin ji bo tamîrkirina cîhêreng ên Spectra.

Heyî li ku teoriya dem ji avaniya ji madeyên zelal nehat rave an pêşbînî li Spectra ji gerdên kompleks. Yekem, ezmûna navdar yên Rutherford da xuyakirin, ku atom e, da dabeşkirin ne: dilê wî nucleus erênî giran li derdora ku offers elektronan neyînî bi hêsanî bû. Hingê vedîtina wê radyoaktîvîteya îspat kir ku kernel e a Karer ne, û ji xwe ji ser rohnîkirina protonan çêkirin. Û paşê bi vedîtina hema hema hemwext yên quantum yên enerjiyê, prensîpa nezelaliyê de Heisenberg û xwezayê probabilistic ji location keriyên bingehîn bide qebûlbar ji bo pêşketina feraseta zanistî di bingeha xwe de nû bi vê lêkolînê yên cîhanê li derdorê. A beşeke nû - fîzîkê yên keriyên bingehîn.

Pirsgirêka sereke li berbanga di temenê xwe yê ji vedîtinên mezin di asta ultra-biçûk bi merema bi hebûna girseyên Keriyê hîmanî û milkên pêla bû.

Einstein isbat kir ku heta photon imperceptible a girseyî, wekî solid guwastinewey a nebza, ku dikeve li ser (diyardeyeke zext ronahiyê). Di vê rewşê de, di ceribandinên gelek kes li ser bela elektronan di qelşan de ji got, qet nebe ew xwedî diffraction û midaxeleya, ew bi tenê xasî wave e. Wek encam, ez neçar mikur: keriyên bingehîn di heman demê de an object bi girseyî û bi pêleke. e ku, bi girseyî yên, dibêjin, elektronek wek "derew" hatin di pakêta enerjiyê ji bo milkên pêla ya. Ev prensîb, ji duality wave-particle destûr da rave yekemîn ya hemû vê yekê ne û elektronek nade nav nucleus bikeve ne, û ji bo çi ber sedemên li orbit an atom da hene, û guherîna ku di navbera wan de bilez in. Ev guherîna ku û bi awayekî cûda yekta ji madeyeke. Next, fîzîka seretayî divê rave milkên ji keriyên xwe, her weha danûstendinên xwe bû.

Fonksîyona pêla hejmara quantum de

Erwin Schrödinger çêkir vekirina ecêb û hevdemî, nezelal, (li ser bingeha paşê wî Pol Dirak ava teoriya xwe). Wî îsbat kir ku dewletê ti particle seretayî, ji bo nimûne, rave dike ku fonksiyona ψ pêla electron. By xwe, ku ew tu wateyê ne, lê ew jî wê bi îhtimaleke mezin ji bo dîtina vê elektron û li nuqteya dayîn of space Qada. Di vê dewletê de ji keriyên bingehîn di atom (an jî pergala din) ji aliyê çar hejmarên quantum ravekirin. Ev sereke (n), orbital (l), magnetic (m) û spin (m _s) hejmar. Ew milkên ji keriyên bingehîn de nîşan bide. Wek analogy, tu block petrolê bîne. taybetmendiyên xwe - weight, size, reng û naveroka qelew. Lê belê, li xanîyên ku salix keriyên bingehîn, ne dikarin wę dizanîbű bê fêmkirin, divê ew ji bi rêya description bîrkariyê de hişyar bin. hevkêşeya karê Dirac e - de girîngi li ser vî babetî dxwazîn bo (uygulama) terxan, hejmara spin.

hûnîn

Seke rasterast ji hêlekê, ji bo şîrovekirina tiştên ku pêre hejmara spin m _s wê pêwîst _e. Ev pêşveçûnên angular xwe ya electron, û yên din keriyên bingehîn nîşan dide. Ev hejmara tim erênî ye û dikarin bi nirxê hijmar, sifir an nîvê nirxa (ji bo m _s = 1/2 elektron û) bigirin. Spin - vector size û bi tenê yek ku helwesta yên electron de rave dike. teoriya qada Quantum naxe dirêsin bingehê danûstandina di rates, ku tu bi hempîşeyê li mekanîka giştî bînbar de. hejmara Spin nîşan dide ku çawa vector divê vegerin ku ez bêm ba dewletê wê ya orjînal de. An nimûne dê an pen ball-xala asayî (beşa nivîskî wê rêya erênî yên vector bila). Ku ew ji dewletê original hat, wê pêwîst e ji bo vegerin 360 derece be. Ev rewş rêje li pişta 1. Dema ku nîvê pişta, wek rotation elektron û divê 720 derece be. Bi vî awayî, ji bilî li intuition matematîkî, divê ramana pirralî bo fêmkirina vê malê bi pêş xist. Just li jor bi function pêla daleqandin. Ev sereke ya "actor" hevsengiyekê Schrödinger by ku dewlet û helwesta ji keriyên bingehîn de rave dike ye. Lê belê ev têkiliya di forma wê ya orjînal ji bo keriyên spinless ye, lewma. Nasîn ku dewletê yên ne û elektronek tenê dikarin bigirin, eger prosesa hêlekê Schrödinger, hatiye ku di xebatên Dirac kirin.

Boson û fermion in

Fermion - keriyên bi nirxê spin nîv-hijmar e. Havildar in fermion in di sîstemên (atoman raxîne.) Ku li gor prensîba vederkirina Pauli sazkirin: Di her dewletekê de jî divê tu ji yekî zêdetir particle be. Bi vî awayî, her û elektronek di atom hinekî cuda ji hemû yên din e (hin hejmara quantum wateyeke cuda heye). teoriya warê Kîmya de rave dike dozeke din - boson. Ew xwedî spin, û hemû bi hev re dikarin li heman dewletê de be. Rêalîzekirina vê rewşê de navê condensation Bose-Einstein. Tevî ku têr baş îhtîmala teorîk de ji bo wê bi dest xwe piştrast kir, ku di eslê xwe de li 1995 bi tenê hatiye lidarxistin.

hevsengiyekê Dirac

Wekî li jor jî got, Pol Dirak hevsengiyekê ji electron warê klasîk Navdêr. Ev jî rave dike ku rewşa havildar din. Wateya fizîkî yên ku têkiliyên kompleks û pirrengî ye, û ji ber şiklê wê jî divê gelek encamên bingehîn be. Form ji hêlekê wiha ye:

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

ku m - girseyî yên fermion in (bi taybetî elektronan), c - velocity ronahiyê, p _k - sê operatorên component momentum (tewereyan, x, y, z), H - amade Planck ya berdewam, x û t - sê koordînatên jînwarî (ya bi têkildarî ya bi biviran, li X , Y, Z) û demê de, bi rêzê ve, û ψ (x, t) - chetyrohkomponentnaya function pêla aloz, α _{k (k} = 0, 1, 2, 3) - matrix Pauli. KirinYê dawî operatorên xwedî xêzeke ku li ser fonksiyona wave û qada wê ya tevgerê de ne. Ev formula gelekî tevlîhev e. Ji bo fêmkirina qet nebe pêkhateyên xwe, ji bo fêm kirina salixdanên bingehîn yên mekanîka qûantan jî pêwîst e. Divê tu bi xwediyê zanebûna matematîkê yên balkêş ji bo qet nebe dizanin çi a vector, Matrix, û bipêyive. forma pispor ji hêlekê re dibêjim, heta zêdetir ji pêkhateyên wê. Mirovekî perdeya ku li ser fîzîka nukleer û fîzîka bi nas, fêm li ser girîngiya vê peywendiya. Lê belê, divê em li xwe mikur tên ku ji hêlekê Dirac û Schrödinger - bi tenê prensîbên bingehîn yên description matematîkî ya pêvajoyên ku di cîhanê de ji quantities quantum biqewime. Fizîknas teorîk de, ku biryar da ku ji bo xwe biafirînin û bi keriyên bingehîn û danûstendinên xwe, ji bo fêmkirina cewhera van têkiliyên li ser pileya yekemîn û duyemîn. Lê belê ev zanist herî balkêş e, û ev e, di vî warî de dikarin pêngaveke make an de dihewîne, bi navê wî, hêzeke ji hêlekê, vejîn yan malê.

Wateya fîzîkî ya hevkêşeyên

Wekî ku em soz, em bêjin ka çi encamên rastîyê hêlekê Dirac ji bo electron. Di serî de, vê wesîlê, eşkere dibe ku spin electron ji ½ e. Ya duyem, li gor hêlekê, ji elektron û xwedî rewşeke magnetic aştîperest. Ev ji magneton Bohr (yek gavê magnetic seretayî) wekhev e. Lê, ya herî girîng jî di encama bi destxistina vê ratio di yayî de operator α _{k ye.} Encam ji hêlekê Dirac ji hevkêşeya Schrödinger demeke dirêj girt. Dirac di destpêkê de digot ku ev operatorên nerênî li têkiliyên. Bi alîkariya tricks cihê yên matematîkê wî xwest ku wan li derve hiştine ji hêlekê, lê wî serkeftinê ne. Di encama çalakiyê de, li hêlekê Dirac ji bo keriyên free de çar α operator. Her yek ji wan temsîl a matrix [4x4]. Du bi girseyî erênî yên ku ne û elektronek, ku nîşan dide ku ne ji du xalên ji spin xwe li wir hev re biþînim. Others du bidin çareseriya ji bo keriyên girseyî neyînî. The herî zanyarîyên bingehîn yên fîzîkê kesekî vê encamê ku ev nabe di rastiyê de ye ne. Lê belê, weke encama ezmûna derket hate dîtin ku du matrices cara dawî di çareserkirina pirîskên heyî, berevajî ne û elektronek in - dij-electron. Wekî ku ne û elektronek, positron (da ev particle navê) heye a komî, di heman demê de xerc erênî ye.

positron

Wekî ku gelek caran di serdema ya vedîtinên ji quantum Dirac pêşî encamên xwe bi xwe bawer ne qewimî. Ew qet nediwêrî bi eşkereyî li Pêşbîniyên ji particle nû biweşînin. Lê belê, di hejmara rojnameyên û sempozyumê li ser alimên cuda ku derfetê ji hebûna xwe destnîşan kiriye, tevî ku postulated ne. Lê belê, piştî vekişîna ji vê positron ratio navdar di tîrêjên kozmîk hat dîtin. Bi vî awayî, hebûna wê hatiye ezmûnî hatiye piştrast kirin. Positron - gelê dîtin yekem element dijmadeyê. Positron dinyayê wek yek cotek cêwî - li ser pêwendî Wexta em bi cores hilikeka enerjiyê pir bilind di warê elektrîkê xurt (cêwî din elektronek e). Bidin kesayetiyên em bi wê (û xwendevan bala wê bi xwe û hemû agahiyên pêwîst bibînin). Lê belê, ew hêjayî destnîşan kir ku ev bi aweyekî kozmîk e e. Ji bo hilberîna li fotonê enerjiyê xwestin dikarin tenê teqeyên supernovayê û Alêksandryê galaktîk de. ew jî di hejmara yên di dikit ji stêran hot, tevî ku roj ne. Lê kesekî her tim ji bo avantaja xwe di hevkêşeyê de. Îmhaya û dijmadeyê dide gelek enerjî. Ji bo sînordarkirina vê pêvajoyê û ji bo danîn ji bo baş ji mirovahiyê re (bo nimûne, dê bibe motora bi bandor ên keştiyên stêrakan ji bo tunekirinê), mirov hîn bûne ji bo ku protonan di laboratorê de.

Bi taybetî jî, accelerators mezin (wek LHC) dikarin cotek electron-positron biafirîne. Berê jî ev hatiye pêşniyarkirin, ku ne bi tenê ferhenga antiparticles seretayî (ji bilî ya elektron û ji wan re çend more), di heman demê de li hemû dijmadeyê hene. Even li parçeyeke biçûk a krîstal ên dijmadeyê dê enerjiya ne ji planet (belkî Kryptonite Superman dijmadeyê bû?).

Lê belê mixabin, çêkirina dikit dijmadeyê, hebs hydrogen hatiye dîtin ku li gerdûnê tê zanîn bi belge ne. Lê belê, heke xwendevan difikire ku têkiliya mijarê bi tunekirinê positron (note, ew madeye, ne ji kesekî yek e) di cih de bi dawî dibe, ew şaş in. Dema ku hêdîbûnê positron li leza bilind li hin Gaz bi ihtîmaleke ne-sifir çebû, pair electron-positron related, navê positronium. Ev avabûne hin taybetiyên atom û heta ji karîna ku bikevin nav reaksiyonên kîmyewî. Lê belê ev tandem nazik di demeke kin de li wir û wê hê jî bi weþan, ji du annihilates, û di hinek rewşan de, û sê tîrêjên gamma.

zirarên ku ji hêlekê

Bi tevî, ku bi rêya vê peywendiya bi antî-û elektronek û dijmadeyê hat dîtin, ku ev yek zerereke girîng. Writing Equations û model avakirin li ser bingeha ku ev, dikarin mirov pêşbînî bike, ka ji keriyên bi dayik û rûxandin ne. Ev îronîya xweser yê wê li dinyayê quantum e: teorî, pêşbînî bûyîna cotên mijarê-dijmadeyê, e karibin hê rastir ji binavkirina vê pêvajoyê ne. Ev zirar pêk hatiye dîtin di teoriyê de zeviyê quantum tasfiye kirin. By danasîna quantization ji warên, ev model danûstandinan, di nav wan de creation û tunekirinê yên keriyên bingehîn de rave dike. By "teoriya qada quantum" di vê rewşê de tê wateya demeke pir taybet. Ev li herêma fîzîkê yên ku ji şêla zeviyên quantum de xwendina e.

hevsengiyekê Dirac di koordînatên goşeyê

Ji bo dest, bila tu dizanî çi goşeyê sîstema koordînekirin. Li şûna yên berê, sê tewereyan, bi brayetî û biserêxwe, ji bo destnîşankirina cihê rastîn ya xala di qada bikaranîna kûrayî, li dorûbera û height. Ev di heman wekî sîstemeke hevahengî polar li ser balafirê e, di heman demê de added a Zerengiya seyêm - height. Ev pergala kêrhatî ye dema ku tu dixwazî ji bo danasîna an jî ji bo lêkolînkirina a surface Symmetrical li ser yek axe. mekanîka Quantum a tool pir kêrhatî û handy ku bi awayekî dikarin mezinbûna hejmara formulas û bi hesibandina kêm e. Ev encama e û bêîfade serrûyê ji ewr hat û elektronek di atom. Hevkêşeya Dirac di koordînatên goşeyê hinekî cuda ji berê di nava sîstemê de çareser bibe, û carna berhem encamên ku nedihat. Ji bo nimûne, hinek sepanan de ji bo pirsgirêka diyarker ji şêla keriyên bingehîn (bi piranî elektronan) di quantized veneguhere warê type hevkêşeyên çareserkirin ji bo koordînatên sîlindîrik e.

Bikaranîna hevkêşeyên ji bo destnîşankirina struktura particulate

ew kesên ku do ji hêmanên wisa biçûk pêk ne: ev rewş ji keriyên bingehîn de rave dike. zanist Modern karibin bipîvin demên magnetic bi rastbûna bilind e. Bi vî awayî, bi beş ji bo count bikaranîna nirxên hevsengiyekê Dirac experimentally gavê magnetic pîvandin dê belge nîşan tevna kompleks yên keriyên. Recall, ev rewş ji bo fermion in, spin nîv-hijmar e xwe. avahiya tevlîhev ser rohnîkirina protonan bi bikaranîna vê hevkêşeyê hat deranîn. Her yek ji wan ji yên pêkhateyên wisa biçûk bi navê quarkên. warê Gluon bi serenavê quarkên bi hev re, vegerin û bi wan re ji hev bikeve. ye, teoriyeke ku kuarkan hene - ew ji keriyên bingehîn ên ji cîhana me ne. Lê heta ku mirov şiyana teknîkî bes ji bo piştraskirina vê tune ne.