Malezi, Sayansi
Dirac ya hitimisho. Dirac equation. Quantum nadharia shamba
Makala hii inalenga katika kazi ya Paulo Dirac equation ambayo utajiri sana quantum mechanics. Inaelezea dhana ya msingi muhimu kwa kuelewa maana ya kimwili ya equation, pamoja na mbinu za matumizi yake.
Sayansi na wanasayansi
mtu haihusiani na sayansi, ni maarifa mchakato wa uzalishaji katika baadhi ya athari kichawi. wanasayansi, kwa maoni ya watu - ni cranks wanaozungumza lugha ya ajabu na kidogo kiburi. Kupata khabari na mtafiti, mbali na sayansi mtu mara moja alisema kwamba hakuelewa fizikia katika shule. Hivyo mtu wa mitaani ni maboma mbali habari ya kisayansi, na maombi zaidi elimu interlocutor kusema rahisi na angavu. Hakika Paul Dirac equation sisi ni kuzingatia, kukaribishwa pia.
chembe ya msingi
muundo wa mambo daima msisimko akili curious. Katika Ugiriki ya kale, watu niliona kuwa hatua marumaru, ambayo ilichukua mengi ya mguu, mabadiliko ya sura baada ya muda, na akashauri: kila mguu au viatu inaleta kidogo kidogo cha suala hilo. mambo haya kuamua kuwaita "atomi", yaani "hazigawanyiki". Jina bado, lakini aligeuka kuwa atomi na chembe kwamba kufanya juu ya atomi - kiwanja moja, tata. chembe hizi zinaitwa msingi. Ni kujitolea kwa kazi wao Dirac equation ambayo kuruhusiwa si tu kueleza spin elektroni, lakini pia zinaonyesha kuwepo kwa antielectron.
Wimbi chembe ya pande mbili-
maendeleo ya picha teknolojia katika karne ya kumi na tisa, ilihusu si tu mtindo wa kuichapisha yenyewe, chakula na paka, lakini pia kukuzwa uwezekano ya sayansi. Baada ya kupata hiyo chombo Handy kama picha ya haraka (kukumbuka mapema yatokanayo kufikiwa kuhusu 30-40 dakika), wanasayansi walianza sw wingi kurekebisha aina ya spectra.
Zilizopo wakati huo nadharia ya muundo wa vitu hakuweza kueleza wazi au kutabiri spectra ya molekuli tata. Kwanza, maarufu majaribio ya Rutherford ilionyesha kuwa chembe si hazigawanyiki: moyo wake ulikuwa mzito chanya kiini karibu ambayo inatoa rahisi elektroni hasi. Kisha ugunduzi wa radioactivity imeonekana kwamba kernel si monolith, na imeundwa protoni, nyutroni. Na kisha ugunduzi karibu samtidiga ya quantum ya nishati, uhakika Heisenberg kanuni na kubahatisha asili ya chembe ya msingi ya eneo kutoa msukumo kwa maendeleo ya mfumo wa kimsingi mpya ya kisayansi na utafiti wa dunia jirani. sehemu mpya - fizikia chembe ya msingi.
Suala kuu alfajiri ya umri wa uvumbuzi mkubwa katika kiwango Ultra-ndogo na kueleza mbele ya raia ya msingi chembe na mali wimbi.
Einstein imeonekana kuwa hata imperceptible photon ina habari, kama imara transmits mapigo, ambayo iko juu (shinikizo uzushi mwanga). Katika hali hii, majaribio mbalimbali katika ovyo ya elektroni katika mashimo ya alisema angalau wana diffraction na kuingiliwa, ni pekee tu kwa wimbi. Kwa sababu hiyo, nilikuwa na kukubali: chembe ya msingi kwa wakati mmoja kitu kwa wingi na wimbi. Hiyo ni, wingi wa, kusema, elektroni kama walikuwa "smeared" katika mfuko wa nishati na tabia ya wimbi. Kanuni hii ya wimbi la chembe ya pande mbili imeruhusu kueleza kwanza kabisa kwa nini elektroni haina kuanguka katika kiini, na kwa sababu gani zipo katika obiti chembe, na mabadiliko kati ya yao ni ya ghafla. Hizi mabadiliko na kuzalisha wigo wa kipekee kwa dutu yoyote. Kisha, msingi chembe fizikia lazima kueleza ni tabia za chembechembe wenyewe, pamoja na maingiliano yao.
wimbi kazi ya idadi quantum
Erwin wakamuomba achukue alifanya ajabu na hata sasa penye giza ufunguzi (kwa misingi ya Pol yake ya baadaye Dirak kujengwa nadharia yake). Alithibitisha kwamba hali ya chembe yoyote ya msingi, kwa mfano, inaeleza elektroni wimbi kazi ψ. Kwa wenyewe, haina maana yoyote, lakini itakuwa mraba uwezekano wa kupata elektroni katika hatua fulani ya nafasi. Katika hali hii ya chembe ya msingi katika chembe (au mfumo mwingine) ni ilivyoelezwa na namba nne quantum. Hii kuu (n), orbital (l), magnetic (m) na spin (m s) idadi. Wao kuonyesha tabia za chembe ya msingi. Kama mfano, unaweza kuleta kuzuia mafuta. Sifa zake - uzito, ukubwa, rangi na maudhui ya mafuta. Hata hivyo, mali yanayoelezea chembe ya msingi, hauwezi kueleweka shirikishi, wanapaswa kuwa na ufahamu wa njia ya maelezo ya hisabati. Kazi Dirac equation ni - lengo la makala hii ni kujitoa kwa mwisho, idadi ya spin.
spin
Kabla ya kuendelea moja kwa moja na equation, ni muhimu kuelezea nini inaashiria spin idadi m s. Inaonyesha kwa kasi angular ya elektroni, na chembe nyingine ya msingi. Idadi hii ni daima chanya na inaweza kuchukua thamani integer, zero au thamani nusu (kwa m s = 1/2 elektroni). Spin - ukubwa vector na moja tu kwamba inaelezea mwelekeo wa elektroni. Quantum nadharia shamba unaweka spin ya msingi wa mahusiano la hisa, ambayo haina mwenzake katika mechanics ujumla angavu. Spin idadi inaonyesha jinsi vector lazima uwashe kuja kwa hali yake ya awali. mfano itakuwa kawaida mpira-kumweka kalamu (kuandika sehemu basi mwelekeo chanya wa vector). Kwamba yeye alikuja hali ya awali, ni muhimu kurejea nyuzi 360. Hali hii inalingana na ya nyuma ya 1. Wakati nusu ya nyuma, kama elektroni mzunguko lazima digrii 720. Hivyo, pamoja na Intuition hisabati, lazima kuwa na maendeleo ya kufikiri anga kuelewa mali. Tu juu kushughulikiwa na kazi ya wimbi. Ni kuu "muigizaji" Schrodinger equation ambayo inaelezea hali na msimamo wa chembe ya msingi. Lakini uhusiano huu katika hali yake ya awali ni lengo kwa chembe spinless. Elezea hali ya elektroni inaweza tu kushikilia kama generalization ya wakamuomba achukue equation, ambayo imekuwa kufanyika katika kazi ya Dirac.
Bosons na fermions
Fermion - chembe na nusu integer spin thamani. Fermions katika mpangilio wa mifumo (mfano atomi) kulingana na Pauli kutengwa kanuni: katika kila jimbo isiwe zaidi ya moja chembe. Hivyo, kila elektroni katika chembe ni tofauti kidogo kutoka kwa watu wengine wote (baadhi ya idadi quantum ina maana tofauti). Quantum nadharia shamba inaeleza kesi nyingine - bosons. Wana spin, na wote wanaweza wakati huo huo kuwa katika hali hiyo hiyo. Utekelezaji wa kesi hii inaitwa Bose-Einstein condensation. Pamoja haki pia alithibitisha uwezekano wa nadharia ya kupata hiyo, ni kimsingi kufanyika mwaka 1995 tu.
Dirac equation
Kama tulivyosema hapo juu, Pol Dirak inayotokana equation ya shamba classical elektroni. Pia inaeleza hadhi ya fermions nyingine. hali ya kimwili ya uhusiano ni tata na multifaceted, na kwa sababu sura yake lazima mengi ya hitimisho ya msingi. Fomu ya equation ni kama ifuatavyo:
- (mc 2 α 0 + c Σ k p k { k = 0-3}) ψ (x, t) = i H {∂ ψ / ∂ t (x, t)},
ambapo m - wingi wa fermions (hasa elektroni), c - kasi ya mwanga, s k - waendeshaji tatu kasi ya sehemu (shoka x, y, z), H - trimmed Planck ya mara kwa mara, x na t - tatu viwianishi anga (sambamba na shoka X , Y, Z) na muda, kwa mtiririko huo, na ψ (x, t) - chetyrohkomponentnaya tata wimbi kazi, α k (k = 0, 1, 2, 3) - Pauli tumbo. mwisho ni linear kampuni hiyo hatua kwa kazi wimbi na nafasi yake. formula hii ni ngumu kabisa. Ili kuelewa angalau sehemu zake, ni muhimu kuelewa ufafanuzi wa msingi wa quantum mechanics. Lazima pia wamiliki wa ajabu maarifa hisabati angalau kujua nini vector, tumbo, na mwendeshaji. Mtaalamu mfumo wa equation kusema hata zaidi ya sehemu yake. mtu mjuzi katika fizikia ya nyuklia na quantum mechanics ukoo na, kuelewa umuhimu wa uhusiano huu. Hata hivyo, ni lazima kukubali ya kwamba Dirac equation na wakamuomba achukue - tu kanuni ya msingi ya maelezo ya hisabati ya michakato ambayo kutokea katika ulimwengu wa kiasi quantum. Fizikia ya kinadharia, ambao waliamua kujishughulisha mwenyewe kwa chembe ya msingi na mwingiliano wao, una kuelewa kiini cha mahusiano haya katika Shahada ya Kwanza, ya pili. Lakini sayansi hii ni ya kuvutia, na ni katika eneo hili unaweza kufanya mafanikio au kuendeleza jina lake, kumshirikisha kwa equation, ubadilishaji au mali.
maana ya kimwili ya equation
Kama sisi ahadi, sisi tunasema nini hitimisho ficha Dirac equation kwa elektroni. Kwanza, uhusiano huu inakuwa wazi kuwa elektroni spin ni ½. Pili, kwa mujibu wa equation, elektroni ina asili magnetic sasa. Ni sawa na Bohr magneton (moja ya msingi magnetic sasa). Lakini matokeo muhimu zaidi ya kupata uwiano huu liko katika inconspicuous operator α k. Mwisho wa Dirac equation kutoka wakamuomba achukue equation alichukua muda mrefu. Dirac awali walidhani kwamba waendeshaji hao kuzuia uhusiano. Kwa msaada wa mbinu mbalimbali hisabati alijaribu kuondoa yao kutoka equation, lakini hakuwa na kufanikiwa. Matokeo yake, Dirac equation kwa chembe bure ni pamoja na α nne mwendeshaji. Kila mmoja wao inawakilisha Matrix [4x4]. Mbili uhusiano na wingi chanya ya elektroni, ambayo inathibitisha kwamba kuna watu masharti mawili ya spin yake. Wengine wawili kutoa ufumbuzi kwa wingi chembe hasi. maarifa ya msingi wa fizikia kutoa mtu kuhitimisha kuwa haiwezekani katika hali halisi. Lakini kutokana na majaribio ilibainika kuwa matrices mbili zilizopita ufumbuzi kwa chembe zilizopo, elektroni kinyume - kupambana elektroni. Kama elektroni, positron (hivyo kuitwa chembe hii) ana habari, lakini malipo ni chanya.
positron
Mara nyingi ilitokea katika enzi ya uvumbuzi wa quantum Dirac mwanzoni hakuamini yao hitimisho mwenyewe. Yeye hawakuthubutu hadharani kuchapisha utabiri wa chembe mpya. Hata hivyo, kwa idadi ya magazeti na makongamano juu ya wasomi mbalimbali wamesisitiza uwezekano wa kuwepo kwake, ingawa si ilidai. Lakini mara baada ya kuondolewa kwa hii uwiano positron maarufu aligundulika mwaka mionzi cosmic. Hivyo, kuwepo kwake yamethibitishwa empirically. Positron - kwanza kupatikana watu mata kinyume kipengele. Positron kuzaliwa kama jozi moja pacha (pacha mwingine - ni elektroni) katika mwingiliano wa fotoni na vipande vya juu sana ya nishati dutu katika uwanja nguvu ya umeme. Kutoa takwimu sisi si (na msomaji nia atajikuta taarifa zote muhimu). Hata hivyo, ni yenye thamani ya kusisitiza kwamba hii ni wadogo cosmic. Kuzalisha required fotoni nishati inaweza tu supernova milipuko na migongano galactic. wao pia ni katika idadi zilizomo katika viini ya nyota ya moto, ikiwa ni pamoja na jua. Lakini mtu siku zote huwa kwa manufaa yake. kuangamizwa kwa jambo na mata kinyume inatoa nguvu nyingi. Ili kukabiliana na mchakato huu na kuweka kwa ajili ya mema ya mwanadamu (kwa mfano, itakuwa ni injini bora ya meli interstellar kwa kuangamizwa), watu wamejifunza kufanya protons katika maabara.
Hasa, accelerators kubwa (kama vile LHC) inaweza kujenga elektroni-positron jozi. Hapo awali pia imekuwa alipendekeza kuwa kuna si tu ya msingi antiparticles (pamoja na elektroni yao wachache zaidi), lakini mata kinyume ujumla. Hata kipande kidogo cha kioo yoyote ya mata kinyume itatoa nishati sayari (labda Kryptonite Superman alikuwa mata kinyume?).
Lakini ole, kuundwa kwa viini mata kinyume nzito kuliko hidrojeni haijawahi kumbukumbu katika ulimwengu inayojulikana. Hata hivyo, kama msomaji anadhani kuwa mwingiliano wa mambo (kumbuka, ni dutu, si elektroni moja) na positron kuangamizwa mara moja mwisho, amekosea. Wakati positron deceleration kwa kasi ya baadhi ya vinywaji na wasio sifuri uwezekano inatokana kuhusiana elektroni-positron jozi, aitwaye positronium. malezi hii ina baadhi ya mali ya chembe na hata uwezo wa kuingia katika athari za kemikali. Lakini kuna hii tete Sanjari muda mfupi na kisha bado annihilates na chafu ya wawili, na katika baadhi ya kesi, na gamma rays tatu.
hasara ya equation
Licha ya ukweli kwamba kwa njia ya uhusiano huu iligunduliwa na kupambana elektroni na mata kinyume, ina drawback kubwa. Uandishi Equations na mfano kujengwa kwa kuzingatia hilo, hawawezi kutabiri jinsi chembe ni kuzaliwa na kuharibiwa. Hii ni kejeli pekee duniani quantum: nadharia, alitabiri kuzaliwa kwa jozi jambo-mata kinyume, haina uwezo wa kutosha kuelezea mchakato huu. hasara hii imekuwa kuondolewa katika nadharia quantum ya shamba. Kwa kuanzisha quantization ya mashamba, mfano hii inaeleza mwingiliano wao, ikiwa ni pamoja na kuundwa kwa kuangamizwa kwa chembe ya msingi. Na "quantum nadharia shamba" katika kesi hii ina maana maalum sana mrefu. Hili ni eneo za fizikia kwamba huchunguza tabia ya mashamba quantum.
equation Dirac katika viwianishi silinda
Ili kuanza, basi wewe kujua nini silinda kuratibu mfumo. Badala ya kawaida tatu shoka pande perpendicular kuamua eneo halisi ya hatua katika nafasi ya kutumia pembe, Radius na urefu. Hii ni sawa na Polar kuratibu mfumo kwenye ndege, lakini aliongeza mwelekeo wa tatu - urefu. Mfumo huu ni muhimu wakati unataka kuelezea au kuchunguza uso symmetrical kuhusu mhimili mmoja. Quantum Mechanics ni muhimu sana na Handy chombo ambayo inaweza kwa kiasi kikubwa kupunguza ukubwa wa idadi ya fomula na mahesabu. Hii ni matokeo ya axial ulinganifu wa elektroni wingu katika chembe. Dirac equation ni kutatuliwa katika kuratibu silinda tofauti kidogo kuliko kawaida katika mfumo, na wakati mwingine hutoa matokeo yasiyotarajiwa. Kwa mfano, baadhi ya programu tatizo la kuamua tabia ya chembe ya msingi (kwa kawaida elektroni) katika quantized kubadilisha aina ya uga kutatuliwa milinganyo kwa kuratibu cylindrical.
Kwa kutumia milinganyo kuamua muundo wa chembechembe
equation hii inaelezea chembe ya msingi: zile ambazo hazina wajumbe wa mambo hata kidogo. sayansi ya kisasa anaweza kupima wakati magnetic na usahihi juu. Hivyo, kutolingana kuhesabu kwa kutumia Dirac equation maadili kimajaribio kipimo wakati magnetic itakuwa moja kwa moja zinaonyesha muundo tata wa chembe. Kumbuka, equation hii inatumika kwa fermions, wao nusu integer spin. muundo ngumu ya protoni na nyutroni lilithibitishwa kwa kutumia equation hii. Kila mmoja wao unahusisha vipengele hata ndogo iitwayo quarks. Gluon uwanja kufanya quarks pamoja, si kuruhusu yao kuanguka mbali. Kuna nadharia kwamba quarks - ni si chembe ya msingi ya ulimwengu wetu. Lakini kwa muda mrefu kama watu hawana kutosha uwezo wa kiufundi ili kuthibitisha hili.
Similar articles
Trending Now