Dirac na co-dhùnaidhean. Dirac co-aontar. Eòlaichean achadh teòiridh

Tha an aiste seo a 'cur cudrom air obair Paul Dirac co-aontar a tha gu mòr a' cur saidhbhreis eòlaichean an cuspairean meacanaigeach. Tha e ag innse mu na bun-bheachdan bunaiteach a dh'fheumar a 'tuigsinn brìgh corporra an co-aontar, cho math ri dòighean-obrach den iarrtas aca.

Saidheans agus saidheans

Tha an neach nach eil e co-cheangailte ri saidheans, tha e a 'riochdachadh eòlas ann an cuid de phròiseas draoidheil buaidh. Tha saidheans, ann am beachd nan daoine - tha e Cranks a bhruidhneas cànan agus beagan neònach àrdanach. Getting eòlach leis an rannsaiche, fada bho saidheans fear ann uaireigin thuirt e nach robh ea 'tuigsinn an t-fiosaig san sgoil. Mar so an duine anns an t-sràid a tha fheansadh bho eòlas saidheansail, agus iarrtasan tuilleadh foghlam labhairt a bhruidhinn nas fhasa agus nas intuitive. Gu deimhin Paul Dirac co-aontar tha sinn a 'beachdachadh, fàilte air cuideachd.

elementary pìosan

Tha structar a 'chùis a tha daonnan togail-inntinn neònach inntinnean. Anns a 'Ghrèig seann, daoine air mothachadh gu bheil a' marmor ceumannan, a thug mòran de chas, cruth-atharrachadh thar ùine, agus mhol: gach cas no sandal giùlain leis beag beagan chùis. Eileamaidean sin air co-dhùnadh a ghairm "dadaman", a tha a "indivisible". Ainm fhathast, ach tha e a 'tionndadh a-mach gun na dadaman agus na pìosan a' dèanamh suas dadaman - an aon compound, iom-fhillte. Tha iad sin a 'pìosan ris an canar bhunaiteach. Tha i coisrigte don obair a tha iad Dirac co-aontar a leig chan ann a mhàin a 'mìneachadh an cois an electron, ach cuideachd a' moladh an làthair antielectron.

Wave-Particle Duality

Tha leasachadh teicneòlas photos anmoch anns an naoidheamh linn deug, an lùib chan ann a mhàin fasan de imprinting fhèin, biadh agus cait, ach cuideachd a 'brosnachadh an comasachd saidheans. An dèidh a fhuair an leithid de inneal feumail mar luath dealbh (air ais na bu tràithe dh'aithneachadh ràinig mu 30-40 mionaidean), saidheans thòisich en masse gus an socraicheadh an caochladh spectra.

A th 'ann aig an àm sin teòiridh structar de stuthan nach b' urrainn a mhìneachadh gu soilleir no ro-innse na spectra iom molecules. Chiad, ainmeil deuchainn Rutherford a sheall gu bheil an dadam chan eil e cho indivisible: bha a chridhe trom deagh niuclas timcheall a 'tabhann furasta àicheil electrons. An sin a lorg radioactivity dhearbhadh gun robh an kernel Chan eil monolith, agus tha e air a dhèanamh suas de protons agus neutrons. Agus an uair sin cha mhòr an aon àm lorg an t-eòlaichean de lùth, a 'Heisenberg mì-chinnt am prionnsabal agus probabilistic nàdar de bhun-pìosan location spionnadh a thoirt do leasachadh a bunaiteach saidheansail dòigh-obrach ùr a' sgrùdadh nan mun cuairt an t-saoghail. A earrann ùr - fiosaigs de bhunaiteach pìosan.

Tha a 'phrìomh chùis aig an camhanaich an aois mhòir a lorg ann an Ultra-sgèile beag a bha a' mìneachadh an làthair bhunaiteach Particle tomadan is tuinn lotaichean.

Einstein a dhearbhadh gun robh fiù 's imperceptible photon tha tomad, mar cruaidh a' cur air Pulse, a tha a 'tuiteam air an (solas Brùthadh iongantas). Anns a 'chùis seo, iomadh deuchainnean air an sgapte electrons ann an sgoltaidhean na thuirt co-dhiù tha iad diffraction agus bhacadh sam bith, tha e gu sònruichte a-mhàin luaisgidh. Mar thoradh air, bha agam ri aideachadh: na pìosan bhunaiteach aig an aon àm a nì le tomad agus tonn. 'S e sin, an tomad mòr, ag ràdh, an electron mar a tha i "a' smeuradh" ann an lùth pasgan gu tonn lotaichean. Tha am prionnsapal seo a 'tonn-Particle Duality tha cothrom air a bhith a' mìneachadh a 'chiad de na h-uile carson a electron Chan eil tuiteam ann an niuclas, agus airson adhbharan dè ann ann an dadam aig reul-chuairt, agus an t-eadar-ghluasad eadar iad aithghearr. Tha iad sin a 'gluasad agus a ghineadh speactram sònraichte do brìgh sam bith. Next, bhunaiteach Particle fiosaig Feumaidh mìneachadh bha togalaichean na pìosan fhèin, cho math ri an dèiligeadh aca.

Tha an tonn dhreuchd de na eòlaichean-àireamhan

Erwin Schrödinger dhèanamh iongantach agus nach dubhar a fosgladh (air a 'bhunait a Pol Dirak an dèidh sin thog e teòiridh). Tha ea 'dearbhadh gu bheil an staid air bith bhunaiteach Particle, mar eisimpleir, ag innse mu dhreuchd ψ electron tonn. Leis fhèin, chan eil e a 'ciallachadh rud sam bith, ach bidh e an Ceàrnag an coltachd a' lorg an electron aig a thoirt phuing àite. Anns an staid bhunaiteach pìosan ann an dadam (no siostam eile) air a mhìneachadh le ceathrar eòlaichean-àireamhan. Tha a 'phrìomh (n), orbital (l), iùil-tharraingeach (m) agus a shnìomh (m _s) àireamhan. Iad a 'sealltainn feartan bhunaiteach pìosan. Mar samhlachais, faodaidh sibh a thoirt a-ola bacaidh. Tha feartan - cuideam, meud, dath agus reamhar susbaint. Ach, na feartan a tha ag innse bhunaiteach pìosan, nach urrainn a thuigsinn intuitively, bu chòir dhaibh a bhith mothachail tro matamataigeach tuairisgeul. Obair Dirac co-aontar a th '- bidh am fòcas an artaigil seo a tha coisrigte mu dheireadh, tha an àireamh de ghnothachasan.

Cuairtean

Mus adhart gu dìreach chun an co-aontar, tha e riatanach gus mìneachadh dè Ceart an cois àireamh m _s. Tha ea 'sealltainn fhèin angular momentum an electron, agus pìosan eile bhunaiteach. Tha an àireamh seo a tha an-còmhnaidh deimhinneach agus bheir integer luach, neoni no leth-luach (airson m _'s electron = 1/2). Spin - meud Vector agus an aon fhear a tha a 'toirt iomradh air an comhair an electron. Eòlaichean achadh teòiridh a 'cur a' snìomh bunait an iomlaid eadar-obrachadh, a tha gun ionnan san fharsaingeachd intuitive an cuspairean meacanaigeach. Spin àireamh a 'sealltainn mar a tha an Vector Feumaidh Cuir a thighinn gu a staid tùsail. Tha eisimpleir bhiodh àbhaisteach peann ball-point (sgrìobhadh phàirt leigidh an deagh stiùireadh an Vector). Tha sin a thàinig i gu thùsail staid, tha e riatanach gus Cuir 360 ceum. An suidheachadh seo a 'co-fhreagairt gu cùl 1. Nuair a leth air ais, mar a electron cuairteachadh a dh'fheumas a bhith 720 ceum. Mar sin, a bharrachd air matamataigeach Intuition, feumaidh a leasachadh spàsail smaoineachadh a 'tuigsinn an seilbh seo. Dìreach os cionn a 'dèiligeadh ri tonn gnìomh. 'S e am prìomh "cleasaiche" Schrodinger co-aontar le a tha ag innse mu staid agus suidheachadh na pìosan bhunaiteach. Ach an dàimh seo ann an cruth tùsail a tha dùil airson spinless pìosan. Thoir cunntas air staid na electron urrainn ach a chumail ma tha an generalization an Schrödinger co-aontar, a tha air a bhith air a dhèanamh ann an obair Dirac.

Bosons agus fermions

Fermion - pìosan le leth-integer ghnothachasan a luach. Fermions air an rèiteachadh ann an siostaman (me dadaman) a rèir a 'dùnadh a-mach Pauli prionnsabal: anns gach staid bu chòir barrachd air aon Particle. Mar sin, gach electron ann an dadam tha caran eadar-dhealaichte bhon a h-uile daoine eile (cuid eòlaichean àireamh Tha ciall eadar-dhealaichte). Eòlaichean achadh teòiridh a 'toirt iomradh air cùis eile - bosons. Tha iad a 'snìomh, agus aig an aon àm a h-uile urrainn a bhith anns an aon staid. Buileachadh a 'chùis seo an t-ainm Bose-Einstein Co-dhlùthachadh. A dh'aindeoin an ìre mhath a dhaingneachadh teòiridheach comasach gu faigh e, tha e an ìre mhath a dhèanamh ann an 1995 a-mhàin.

Dirac co-aontar

Mar a thuirt sinn gu h-àrd, Pol Dirak tighinn an co-aontar clasaigeach achadh electron. Tha e cuideachd a 'toirt iomradh air inbhe na fermions eile. Tha corporra mothachadh air an dàimh a tha toinnte agus multifaceted, agus air sgàth a bu chòir cumadh a bhith tòrr de na co-dhùnaidhean bunaiteach. Foirm an co-aontar tha mar a leanas:

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

far a bheil m - tomad fermions (gu sònraichte electrons), c - velocity solais, p _k - trì-obrachaidh momentum pàirt (na tuaghan x, y, z), H - sgioblachadh Planck cunbhalach, x agus an t - trì spàsail co-chomharran (a rèir a 'tuaghan X , Y, Z) agus àm, fa leth, agus ψ (x, t) - chetyrohkomponentnaya iom-fhillte tonn gnìomh, α _{k (k} = 0, 1, 2, 3) - Pauli matrix. Tha an dàrna tha sreathach-obrachaidh a dhèanamh air na tuinn gnìomh agus a àite. E am foirmle seo gu math toinnte. A thuigsinn co-dhiù a-phàirtean, tha e riatanach a bhith a 'tuigsinn na mìneachaidhean bunaiteach de eòlaichean an cuspairean meacanaigeach. Bu chòir dhut cuideachd a shealbhachadh iongantach eòlas matamataigeach co-dhiù fios dè Vector, matrix, agus a 'ghnìomhaiche. Speisealaiche riochd an co-aontar a ràdh fiù 's barrachd a-phàirtean. A duine eòlach ann niuclasach fiosaig agus eòlaichean an cuspairean meacanaigeach eòlach, a 'tuigsinn cho cudromach' sa cheangal seo. Ach, feumaidh sinn aideachadh gun robh an co-aontar Dirac agus Schrödinger - Chan eil ach an bhunaiteach prionnsabalan matamataigeach tuairisgeul de na pròiseasan a tha a 'tachairt ann an saoghal na eòlaichean meudan. Teòiridheach nàdar, a tha air an co-dhùnadh gus an cosgadh e fhèin ris an bhunaiteach pìosan agus an eadar-obrachadh, a bhith a 'tuigsinn brìgh de na dàimhean air a' chiad agus an dàrna ìre. Ach seo an saidheans a tha air leth inntinneach, agus tha e ann an sgìre seo a dhèanamh fuasgladh no a chruthaicheas-ainm aige, tha e a 'sònrachadh an co-aontar, iompachadh no seilbh.

Tha corporra brìgh an co-aontar

Mar a tha sinn a gheall, tha sinn ag innse dè na co-dhùnaidhean a 'falach an Dirac co-aontar airson an electron. An toiseach, thèid seo a thaobh a 'fàs soilleir gu bheil an electron ghnothachasan a tha ½. San dara àite, a rèir a 'cho-aontar, an electron tha gnèitheach iùil-tharraingeach dràsta. 'S e co-ionann ris an Bohr magneton (aon bhun-iùil-tharraingeach-dràsta). Ach as cudromaiche thoradh faotainn seo co-mheas a 'laighe ann an inconspicuous ghnìomhaiche α _k. Co-dhùnadh an co-aontar Dirac bho Schrödinger co-aontar Thug e ùine fhada. Dirac an toiseach a 'smaoineachadh gun robh sin a' cur bacadh oibrichean an dàimh. Le cuideachadh bho eadar-dhealaichte matamataigeach cleasan a dh'fheuch e ri bacadh a chur orra bho an co-aontar, ach cha robh e soirbheachail. Mar thoradh, an co-aontar airson Dirac an-asgaidh pìosan gabhail a-steach ceithir ghnìomhaiche α. Gach fear dhiubh a 'riochdachadh matrix [4x4]. Dà 'conaltradh gu deimhinneach tomad na electron, a tha a' dearbhadh gu bheil dà-ullachaidhean a snìomh. Tha feadhainn eile a thoirt air dà fuasgladh airson àicheil tomad pìosan. Tha a 'chuid as motha de eòlas bunaiteach fiosaig a thoirt seachad do neach a cho-dhùnadh gu bheil e do-dhèanta ann an da-rìribh. Ach mar thoradh air an deuchainn a chaidh a lorg a-mach gu bheil an dithis mu dheireadh a tha an Matrices fuasglaidhean pìosan a th 'ann, mu choinneamh electron - anti-electron. Mar electron, positron (sin an t-ainm seo Particle) tha tomad, ach a 'chasaid a tha deimhinneach.

positron

Mar a thachair gu tric ann an linn a 'lorg de eòlaichean Dirac aig toiseach cha do chreid na co-dhùnaidhean aca fhèin. Cha robh e leigeadh gu follaiseach a 'foillseachadh am fàisneachd ùr Particle. Ach, ann an grunn de na pàipearan agus labhairtean air diofar sgoilearan air cuideam a chur an comas aice a bhith beò, ged nach eil e postulated. Ach goirid an dèidh a 'tarraing a-mach an co-mheas positron ainmeil seo a lorg ann an Cosmic rèididheachd. Mar sin, a bith air a dhearbhadh empirically. Positron - a 'chiad lorg dhaoine antimatter eileamaid. Positron Rugadh mar aon dà phaidhir (eile càraid - 'S e electron) ann an eadar-obrachadh eadar photons le Glè Àrd eitein lùth stuthan a tha làidir dealain achadh. Thoir figearan bidh sinn nach (agus aig a bheil ùidh an leughadair gheibh e fhèin a h-uile fiosrachadh riatanach). Ach, b 'fhiach e a' cur cuideam gur e seo Cosmic sgèile. Gus a dhèanamh a tha a dhìth lùth photons urrainn ach Supernova spreadhaidhean agus cuimhneachain nan ceud thubaistean. tha iad cuideachd ann an àireamh anns a 'nuclei teth de rionnagan, a' gabhail na grèine. Ach neach daonnan buailteach a bhuannachd. Tha annihilation de chùis, agus antimatter a 'toirt tòrr cumhachd. Airson bacadh a 'phròiseas seo agus a chur air airson math a chinne-daonna (mar eisimpleir, bhiodh èifeachdach de einnseanan interstellar soithichean annihilation), tha daoine air a dh'ionnsaich a dhèanamh protons ann an obair-lann.

Gu sònraichte, mòr accelerators (leithid an LHC) a chruthachadh electron-positron paidhir. Roimhe seo cuideachd tha e air a mholadh gun robh sin a-mhàin Chan eil bhunaiteach antiparticles (a thuilleadh air an electron iad beagan nas), ach fad antimatter. Fiù 's air pìos beag de sam bith de chriostal antimatter Bheireadh an lùth a' phlanaid ( 's dòcha Kryptonite Superman bha antimatter?).

Ach Och, a 'cruthachadh antimatter nuclei nas truime na haidridean nach deach a sgrìobhadh ann an ainm-cè. Ach, ma tha an leughadair den bheachd gu bheil an ceangal eadar a 'chùis (thoir an aire, tha e nadur, nach eil aon electron) le positron annihilation sa bhad a' crìochnachadh, tha e ceàrr. Nuair a positron deceleration aig astar ann an cuid de lionntan le neo-neoni coltachd a dh'èireas co-cheangailte electron-positron paidhir, ris an canar positronium. Tha seo a 'cruthachadh cuid de na feartan atam is fiù' s an comas dol a steach do ceimigeach. Ach tha seo cugallach bhoinn ùine ghoirid agus an uair sin fhathast annihilates le sgaoilidhean dhà, agus ann an cuid de chùisean, agus tri gathan gamma.

eas-bhuannachdan an co-aontar

Ged a tron a 'cheangal seo a lorg le anti-electron agus antimatter, tha e cudromach rud a tha dhìth. Sgrìobhadh-aontaran agus modail a thogail stèidhichte air, nach eil comasach air ro-innse ciamar a tha na pìosan a rugadh agus a sgrios. 'S e seo sònruichte ìoranas de na eòlaichean an t-saoghail: an teòiridh, an dùil breith chùis-antimatter càraidean, chan eil e comasach air innse gu h-iomchaidh' phròiseas seo. Tha seo a 'ana-cothrom air a bhith air a stad ann an eòlaichean achadh teòiridh. Le bhith a 'toirt a-steach an quantization achaidhean, modail seo a' toirt iomradh air eadar-obrachadh aca, a 'gabhail a-steach cruthachadh agus annihilation de bhunaiteach pìosan. Le "eòlaichean achadh teòiridh" anns a 'chùis seo a' ciallachadh fìor-ùine shònraichte. 'S e seo an sgìre fiosaig a Sgrùdaidhean giùlan eòlaichean-achaidhean.

Dirac aig co-aontar anns siolandair co-chomharran

Airson rannsachaidh, leig fios agad dè siolandair a 'co-òrdanachadh an t-siostam. An àite na trì àbhaisteach chèile dìreach tuaghan gus dearbhadh an dearbh location puing ann am fànas a 'cleachdadh an ceàrn, radius is àirde. 'S e seo an aon rud ri polar' co-òrdanachadh an t-siostam air a 'phlèana, ach ris an treas taobh - àirde. Tha an siostam seo a tha feumail nuair a tha thu ag iarraidh a mhìneachadh no a sgrùdadh uachdar co-chothromach mu aon axis. Eòlaichean an cuspairean meacanaigeach 'S e glè fheumail agus inneal feumail a dh'fhaodas mòr lùghdachadh meud an àireamh de fhoirmlean agus àireamhachadh. 'S e seo mar thoradh air axial co-chothromachd de na electron neul ann an dadam. Tha an co-aontar Dirac tha fuasgladh ann an siolandair co-chomharran beagan eadar-dhealaichte seach san t-siostam, agus uaireannan a 'dèanamh ris nach robh dùil toraidhean. Mar eisimpleir, tha cuid de thagraidhean an duilgheadas a bhith a 'dearbhadh a' giùlan bhunaiteach pìosan (mar as trice electrons) ann an cruth-atharrachadh quantized seòrsa achadh fuasgladh cho-aontaran a siolandair co-chomharran.

A 'cleachdadh co-aontaran co-dhùnadh a structar an particulate

Co-aontar seo ag innse mu na pìosan bhunaiteach: an fheadhainn nach eil a 'dèanamh an àirde de fiù' s nas lugha eileamaidean. Nuadh-saidheans a tha comasach air a thomhas le àrd-iùil-tharraingeach amannan ceart. Mar sin, luaidh air dìth cothromachaidh a chunntadh a 'cleachdadh an Dirac dheuchainn co-aontar luachan a thomhas iùil-tharraingeach dràsta bidh neo-dhìreach a' sealltainn an structar iom-fhillte de na pìosan. Recall, co-aontar seo a 'buntainn ri fermions, an leth-integer snìomh. toinnte structar protons neutrons agus chaidh a dhaingneachadh le bhith a 'cleachdadh co-aontar seo. Gach fear dhiubh air a dhèanamh suas de fiù 's co-phàirtean nas lugha ris an canar quarks. Gluon achadh 'cumail quarks còmhla, chan innse dhaibh tuiteam às a chèile. Tha teòiridh gun quarks - chan eil e a 'mhòr-chuid pìosan bhunaiteach de ar saoghal. Ach, fhad daoine nach eil gu leòr comas teicnigeach airson dearbhadh seo.