Faaiuga a le Dirac. Dirac faaupuga. teori fanua Quantum

O lenei mataupu e taulai atu i le galuega o le faaupuga Paul Dirac lea faatamaoaigaina tele ai le inisinia quantum. O loo faamatalaina ai talitonuga faavae talafeagai e malamalama i le uiga faaletino o le faaupuga, e pei foi auala o ana talosaga.

Saienisi ma saienitisi

e le o fesootai i le tagata ma le faasaienisi, o le malamalama faagasologa tuuina atu i nisi o aafiaga faataulāitu. O le saienitisi, i le manatu o tagata - e cranks o lē o tautala i se gagana ese ma teisi faasausili. E faamasani ai ma le suesue, e mamao mai le faasaienisi tagata le taimi e tasi na ia fai mai na te le malamalama i le fisiki i le aoga. O lea ua pa ese le tagata i le auala mai le malamalama faasaienisi, ma talosaga sili aoaoina interlocutor e tautala faigofie ma sili atu ona tupu fua. E mautinoa lava o faaupuga Paul Dirac tatou iloiloina, talia foi.

fasimea tulagalua

O le faatulagaina o mataupu e masani ona fiafia mafaufau fiailoa. I anamua Eleni, tagata ua matauina le laasaga maamora, oe na ave le tele o vae, suiga foliga le aluga o taimi, ma fautuaina: taitasi vae po o seevae tauave faatasi ai ma se vaega itiiti o le mataupu. filifili nei elemene e taʻua o le "atoms", o "indivisible". Igoa e tumau, ae liliu atu o le atoms ma fasimea e faia aʻe ai atoms - o le lotoa lava lea e tasi, lavelave. O nei fasimea ua valaauina tulagalua. E faapaiaina i le galuega latou faaupuga Dirac lea na faatagaina ai e le gata e faamatala ai le vili o se electron, ae fautuaina foi le afioaga o le antielectron.

duality galu-vaega

O le atinae o ata tekonolosi i le seneturi lona sefuluiva tuai, manaomia e le gata i le faiga o imprinting lava, meaai ma pusi, ae siitia ai foi le avanoa o le faasaienisi. I le mauaina o se meafaigaluega ono e pei o se ata vave (faʻaaʻe muamua aafia taunuu uiga 30-40 minute), na amata i ni vaega tetele saienitisi e faaleleia a eseese spectra.

le mafai ona manino lo oi ai nei i teori taimi lena o le faatulagaga o mea faamatala pe valoia le spectra o molecules lavelave. Muamua, o le faataitaiga lauiloa o Rutherford na faaalia ai e le ina indivisible le atomu: o vaega faaogatotonu len¯ao lelei mamafa lona loto o loo siomia ai lea ofoina electrons lelei faigofie. Ona le mauaina o radioactivity faamaonia e faapea o le kernel e le o se monolith, ma ua faia i luga o protons ma neutrons. Ma le mauaina lava lena e toetoe lava o le quantum o le malosi, o le Heisenberg mautonu mataupu faavae ma le natura probabilistic o nofoaga fasimea tulagalua tuuina uunaʻi ai i le atiina ae o se mea moni fou auala faasaienisi i le suesuega o le lalolagi o loo siomia ai. A o le fuaiupu fou - o le fisiki o fasimea tulagalua.

O le mataupu autu i le amataga o le matua o le mea sili ua mauaina i ultra-laiti fua o le faamatala atu i le afioaga o tulagalua toʻatele vaega ma meatotino galu.

faamaonia Einstein e oo lava photon e faifai malie ai se vaega tele lava, e pei ona a mautu auina atu se uaua, lea ua pau i luga o le (aafiaga matautia uunaiga malamalama). I lenei tulaga, le tele o suesuega i le faataapeapeina o electrons i le crevices o fai mai ia le itiiti ifo i latou le diffraction ma le faalavelaveina, e uiga ese na e talotalo. O se taunuuga, sa ou tautino atu: fasimea tulagalua i le taimi lava lea e tasi se mea i se vaega tele ma se galu. O le, o le vaega tele lava o, fai atu, o se electron e pei ona sa "olo" i le malosi afifi i le meatotino galu. O lenei mataupu faavae o le duality galu-vaega ua faatagaina o ia e faamatala atu muamua o uma pe aisea e lē pa'ū le electron i le vaega faaogatotonu len¯ao, ma mo mea mafuaaga ai i se taamilosaga a le atomu, ma o le fesuiaiga i le va o i latou e faafuasei. O nei fesuiaiga ma faatupuina ai se fusi o alaleo tulaga ese e soo se mea. Sosoo ai, fisiki vaega tulagalua e tatau ona faamatala o meatotino a le fasimea i latou lava, e pei foi o latou fegalegaleaiga.

O le galuega tauave galu o le numera quantum

Erwin Schrödinger faia se ofo ma i taimi faanenefu le amata (i luga o le faavae o lona mulimuli ane Pol Dirak fausia lona manatu). Ia faamaonia e faapea o le tulaga o so o se vaega tulagalua, mo se faataitaiga, o loo faamatalaina ai se galuega tauave galu electron ψ. Lava ia, e le uiga o se mea, ae o le a faaogatusa avanoa o le mauaina o le electron i a tuuina mai tulaga o le avanoa. I lenei tulaga o le fasimea tulagalua i se atomu (po o se isi faiga) o loo faamatalaina e ala i numera quantum fa. O lenei autu (n), orbital (l), maneta (m) ma vili (m _s) fuainumera. Ua faaalia ai le meatotino a fasimea tulagalua. E pei o se tala faatusa, e mafai ona aumaia ai le poloka o le suauu. O lona uiga - mamafa, lapoa, lanu ma mataupu gaʻo. Ae peitai, o le meatotino e faamatala fasimea tulagalua, e le mafai ona malamalama intuitively, e tatau ona latou iloa e ala i le faamatalaga faamatematika. faaupuga Galuega Dirac o - le taulaiga o lenei mataupu e tuuto atu i le gata ai, o le aofai o vili.

vili

Ao leʻi faataunuuina tonu lava i le faaupuga, e talafeagai e faamatala atu ai le mea e faauiga le vili numera _{s m.} Ua faaalia lava malosiaga angular o le electron, ma isi fasimea tulagalua. O lenei aofai e masani lava lelei ma e mafai ona faia se taua integer, o po o le aoga afa (mo _s m = 1/2 electron). Vili - tele vector ma le tasi na e faamatala ai le aoaoga faamasani o le electron. teori fanua Quantum tuuina milo le faavae o le fegalegaleaiga fesuiaiga o tupe, lea e leai se e faaluaina i inisinia masani tupu fua. faaalia numera vili le auala e tatau ona liliu i le vector e sau i lona tulaga muamua. O se faataitaiga o le a avea ma se peni tulaga-polo masani (tusi vaega o le a tuu atu i le itu lelei o le vector). Ina ua sau o ia i le tulaga muamua, e tatau ona liliu 360 tikeri. O lenei tulaga e tutusa i le pito i tua o 1. A o le afa i tua, e pei o le electron feauauaʻii tatau ona 720 tikeri. O lea, e faaopoopo atu i le lagona faamatematika, e tatau ona atiina ae mafaufau spatial malamalama i lenei meatotino. E pei lava i luga o feagai ma le galuega tauave galu. O le autu "le tagata autu e" Schrodinger faaupuga lea e faamatalaina ai le tulaga ma le tulaga o fasimea tulagalua. Ae o lenei sootaga i lona uluai tulaga ua faamoemoe mo fasimea spinless. Faamatala le tulaga o le electron e mafai ona na o umia pe afai o le generalization o le faaupuga Schrödinger, lea ua faia i le galuega o Dirac.

Bosons ma fermions

Fermion - fasimea ma taua vili afa-integer. ua faatulagaina Fermions i faiga (f.t.t. atoms) e tusa ai ma le mataupu faavae aveeseina Pauli: i le e tatau ona tulaga taitasi e le sili atu o se tasi vaega. O lea la, e fai si eseese taitasi electron i le atomu mai isi tagata uma (o nisi numera quantum ei ai lona uiga eseese). teori fanua Quantum faamatalaina se isi lava tulaga - bosons. Latou te maua se vili, ma e mafai lava taimi uma i le tulaga lava e tasi. Faatinoina o lenei tulaga taua totoʻoga Bose-Einstein. E ui lava i le tulaga sagatonu lelei faamauina le avanoa tau o ni faaupuga e maua ai, o le o le mea moni faatinoina i le 1995 na o oe.

Dirac faaupuga

A o tatou fai mai luga, maua Pol Dirak se faaupuga o electron fanua masani. O loo faamatalaina ai foi le tulaga o le isi fermions. O le lagona faaletino o le sootaga o le lavelave ma tele ona vaega, ma ona o lona foliga e tatau ona avea le tele o faaiuga taua. Pepa o le faamatalaga e faapea:

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

lea m - vaega tele lava o fermions (aemaise electrons), c - saoasaoa o le malamalama, p _k - faagaoioia tolu malosiaga vaega (o le axes x, y, z), h - teuteu faifai pea a le Planck, x ma t - tolu fuafua spatial (e tutusa ma le axes X , Y, z) ma le taimi, faasologa, ma ψ (x, t) - chetyrohkomponentnaya galuega tauave galu lavelave, α _{k (k} = 0, 1, 2, 3) - o Taiala Pauli. Le gata e faagaoioia linear e galulue i le galuega tauave galu ma ona avanoa. Lenei auala e fai si faigata. Ina ia malamalama i le itiiti ifo i ona vaega, e tatau ona malamalama i le uiga faavae o inisinia quantum. E tatau foi ona maua se malamalama faamatematika ofoofogia le itiiti ifo i le iloa le mea a vector, o Taiala, ma le faagaoioia. ituaiga faapitoa o le faamatalaga e fai atu e sili atu nai lo ona vaega. O se tagata atamai i le fisiki faaniukilia ma inisinia quantum masani ai, malamalama i le taua o lenei sootaga. Ae peitai, e tatau ona tatou tautino atu le Dirac faaupuga ma Schrödinger - na o le mataupu faavae o mataupu faavae a le faamatalaga faamatematika o le faagasologa lea e tupu i le lalolagi o aofaiga quantum. physicists faʻalemafaufau, oe ua filifili e tuuina atu o ia i le fasimea tulagalua ma o latou fegalegaleaiga, ona e malamalama i le agaga o nei sootaga i le tulaga muamua ma le lua. Ae e matagofie lenei faasaienisi, ma e i lenei eria e mafai ona faia ai se mea taua po o le faaauau ai lona suafa, ma tofia i le faaupuga, o le liua po o meatotino.

O le uiga faaletino o le faaupuga

A tatou folafola atu, tatou te taʻu atu le mea faaiuga natia le faamatalaga Dirac mo le electron. Muamua, o lenei sootaga avea manino o le electron vili o ½. O lona lua, e tusa ma le faamatalaga, o le electron ei ai se taimi maneta vala aut ¯ u. E tutusa ma le magneton Bohr (tasi taimi maneta tulagalua). Ae o le sili ona taua taunuuga o le mauaina o lenei fua faatusatusa o loo taoto i le inconspicuous α faagaoioia _k. Faaiuga o le Dirac faaupuga mai le faamatalaga Schrödinger ave se taimi umi. manatu muamua Dirac o nei tau taofia ai le mafutaga. Faatasi ai ma le fesoasoani a togafiti faamatematika eseese ia taumafai e aveesea i latou mai le faamatalaga, ae sa le faamanuiaina. O se taunuuga, o le Dirac faaupuga mo fasimea saoloto aofia α faagaoioia fa. O i latou faatusa a Taiala [4x4]. Lua tutusa i se vaega lelei o le electron, lea e faamaonia ai e lua aiaiga o lana vili. Isi lua tuuina atu se fofo mo fasimea lelei vaega tele. E sili ona malamalama faavae o le fisiki tuuina atu se tagata ona faapea atu e le mafai i le mea moni. Ae o se taunuuga o le suesuega sa iloa ai o le matrices mulimuli e lua o le tali i le oneone o lo oi ai nei, electron faafeagai - aneti-electron. A o electron, positron (ina valaauina lenei vaega) ei ai se vaega tele lava, ae e lelei le totogi.

positron

E pei ona masani ona tupu i le vaitaimi o le mauaina o quantum Dirac i le taimi muamua sa le talitonu latou lava faaiuga. na le faamalosi o ia e lomia faasalalau faalauaitele le valoaga o se vaega fou. Ae peitai, i le tele o pepa ma faatasiga tetele ua faamamafaina i luga o tagata atamamai eseese le avanoa o lona olaga, e ui lava e le o postulated. Ae ina ua mavae le talaina i tua o lenei positron Fua Faatusatusa lauiloa na maua i le leisa le iʻu. O lea la, ua faamaonia empirically lona i ai. Positron - o le tagata muamua maua elemene antimatter. Positron fanau mai o se tasi pea masaga (o le isi masaga - o se electron) i le fegalegaleaiga o photons ma lava cores mea malosi sili i se fanua malosi eletise. Tuu faatagata o le a tatou le (ma o le a maua o ia lava faamatalaga talafeagai uma i le tagata faitau fiafia). Ae peitai, e taua faamamafa atu o se fua iʻu lenei. Ina ia maua ai le pā ma collisions galactic photons le malosi e manaomia e mafai ona na o supernova. ua i ai i latou foi se numera o loo i ai i le nuclei o fetu vevela, e aofia ai le la. Ae e foliga e se tagata ona o lona lelei. tuuina mai e le faʻaleagaina o mataupu ma antimatter a le tele o le malosi. Ina ia taofia lenei faagasologa ma e tuu ai mo le lelei o tagata (mo se faataitaiga, o le a lelei afi o vaa interstellar e faaumatia aʻi), tagata aoao e faia le protons i totonu o le fale suesue.

I faapitoa, accelerators tele (e pei o le LHC) e mafai ona faatupuina pea electron-positron. Muamua foi ua fautuaina o loo i ai e le gata antiparticles tulagalua (e faaopoopo atu i le electron i latou o ni nai), ae o le antimatter atoa. E oo lava i se vaega itiiti o so o se tioata o antimatter le a tuuina atu i le malosi o le paneta (atonu Kryptonite Superman antimatter?).

Ae paga, o le foafoaga o nuclei antimatter mamafa nai lo hydrogen e le i faamauina i le lalolagi iloa. Ae peitai, pe afai ua manatu le tagata faitau o le fegalegaleaiga o le mataupu (ia maitauina, o le mea, e le o se electron nofofua) i positron faaumatia aʻi vave tuluiga, o ia o sese. Ina ua positron deceleration i saosaoa maualuga i nisi o suavai ma e lē o avanoa e tulai mai pea electron-positron fesootai i ai, valaauina positronium. O lenei faavaeina ai ni meatotino a le atomu ma le gafatia lava e ulu atu i tali vailaau. Ae o loo i lenei taimi puupuu soosootauau maʻaleʻale ma annihilates pea ma emission o le lua, ma i nisi o tulaga, ma ave gamma tolu.

tulaga le lelei o le faaupuga

E ui lava i le mea moni e ala i lenei sootaga na maua e aneti-electron ma antimatter, ei ai se drawback taua. Tusitusia faamatalaga e ma faataitaiga fausia e faavae i ai, e le mafai ona valoia le auala fasimea fananau mai ma faaumatia. o se mea uiga ese lenei o le lalolagi quantum: o le teori, valoia le fanau mai o taitoalua mataupu-antimatter, e le mafai ona e faamatala lelei o lenei faagasologa. O lenei tulaga le lelei ua aveesea i teori fanua quantum. E faailoa atu le quantization o le fanua, o loo faamatalaina lenei faataitaiga latou fegalegaleaiga, e aofia ai le foafoaga ma le faʻaleagaina o le fasimea tulagalua. Ala i le "teori fanua quantum" i le tulaga lenei o lona uiga o se vaitaimi faapitoa lava. o se vaega lenei o le fisiki e suesue i amioga a fanua quantum.

faaupuga a Dirac i fuafua cylindrical

Ina ia amata, ia e iloa le mea e faamaopoopo a cylindrical faiga. Nai lo o le masani taufai tolu perpendicular axes e fuafua ai le nofoaga tonu o se taimi i le avanoa e faaaoga ai le laau, o le faataamilosaga ma le maualuga. e tutusa lava lenei mea o se faamaopoopo faiga polar luga o le vaalele, ae e faaopoopo ai se vaaiga lona tolu - maualuga. O lenei faiga e aoga pe e te manao e faamatala po o le suesue se luga symmetrical uiga i se tasi au. inisinia Quantum o se meafaigaluega aoga tele ma le ono e mafai ona matuai faaitiitia i le tele o le aofai o o faiga ma fuafuaga. o se taunuuga o lenei symmetry axial o le ao electron i se atomu. ua foia le faamatalaga Dirac i fuafua cylindrical teisi ese masani i le faiga, ma o nisi taimi e maua ai taunuuga e leʻi mafaufauina. Mo se faataitaiga, o nisi o talosaga o le faafitauli o le fuafuaina o le amioga o le fasimea tulagalua (e masani lava electrons) i le quantized suia fanua ituaiga faamatalaga e foia e fuafua cylindrical.

O le faaaogaina o faamatalaga e e fuafuaina le faatulagaga o le particulate

O lenei faaupuga o loo faamatala fasimea tulagalua: oi latou e le o aofia ai elemene laiti lava. faasaienisi i ona po nei e mafai ona ia fuaina le taimi maneta ma le sao atoatoa maualuga. Lea, o se mismatch e faitau le faaaogaina o le fuaina experimentally faatauaina faaupuga Dirac taimi maneta le a faailoa mai e le tuusao i le faatulagaga faigata o le fasimea. Manatua, e faaaogā i ai lenei faaupuga fermions, latou vili integer le afa. sa faamauina fausaga faigata o protons ma neutrons ala i le faaaogaina o lenei faaupuga. O i latou e aofia ai lava laiti vaega taʻua quarks. Gluon fanua o lo o umia faatasi quarks, e le faatagaina i latou pauu ese. O loo i ai se manatu e quarks - e le o le fasimea sili ona maualalo o lo tatou lalolagi. Ae i le umi e te le o maua lava le tulaga tau tomai faapitoa e faamaonia tagata lenei.