Борго корутундусу. Дирак тендеме. Quantum талаа теориясы

Бул макалада абдан өлчөмү механизмерди байытылган Пабыл Дирак салмактуулугунун ишине багытталган. Бул илгерки физикалык маанисин түшүнүү үчүн зарыл болгон негизги түшүнүктөрдү, ошондой эле аны колдонуу ыкмаларын айтылат.

Илим жана окумуштуулар

адам илим менен байланыштуу эмес, кандайдыр бир сыйкырдуу күчкө ээ, билим иштеп чыгуу болуп саналат. элдин пикири боюнча илимпоздор, - бул башка тил жана бир аз бой сүйлөйм чыгарса. Ал мектепте Physics түшүнгөн эмес деп бир канча илим адам, изилдөөчү менен таанышуу. Ошентип, көчөдө адам илимий жок тосулган, жана суроо-талап дагы жөнөкөй жана туюмдуу сүйлөй маектешти билимдүү. Биз карап жатабыз, албетте, Пабыл Дирак бирдейлиги, ошондой эле кабыл алды.

башталгыч бөлүкчөлөр

заттын курамы ар дайым кызык акылын толкунданган. ар бир бут же бут менен заттын кичинекей бир аз алып: байыркы гректер, адамдар убакыттын өтүшү менен мрамор сан, өзгөрүү калыптаныш көп алып кадамдар, ошондой эле сунуш байкадык. Бул элементтер "атом" деп "бөлүнгүс" деген чакыруу жөнүндө чечим кабыл алынды. Аты-жөнү, ал эми бул атомдор менен атомдорду түзгөн бөлүкчөлөрдүн чыккан бойдон калууда - Ошол эле татаал, комплекстүү. Бул бөлүкчөлөр башталгыч деп аталат. Бул электрондон ийрибейт түшүндүрүү үчүн гана эмес, алар Дирак барабардык ишине арналган, ошондой эле antielectron бар сунуштайбыз.

-Толкундук дуализм

аягында он тогузунчу кылымдын технологиясы сүрөттөр иштеп, өзүн-өзү өзгөргөндөй, бир гана эмес, мода алып, тамак-аш, мышыктар, ошондой эле илим мүмкүнчүлүгүн камсыздады. тез сүрөт сыяктуу колдо курал алган сакчы (чакыртып алуу мурда таасири тууралуу 30-40 мүнөт жетти), илимпоздор спектрлерди түрдүү чечүү чогуулап баштады.

заттардын түзүлүшү Ошол убакта теориясынын учурдагы так түшүндүрүп же татаал молекулалардын спектрлеринин алдын ала алган эмес. Биринчиден, Rutherford белгилүү тажрыйба атом абдан бөлүнгүс эмес экенин көрсөттү: анын жүрөгү жеңил терс электрон сунуш анын айланасында оор оң ядросу болгон. Андан кийин-апрелде ачылышы өзөк бир комдук эмес, протон менен нейтрон бар экени далилденген. Ал эми андан кийин энергия укук ³л³ш³н¼ дээрлик бир убакта ачылыш, Гейзенберг белгисиздик принцип жана элементардык бөлүкчөлөр жайгашкан ыктымалдык мүнөзү курчап турган дүйнөнү изилдөө үчүн таптакыр жаңы илимий мамилени өнүгүшүнө түрткү берет. А жаңы бөлүм - элементардык бөлүкчөлөр токойчуга.

абдан кичинекей масштабдагы улуу ачылыштарынын жашында башталышында башкы маселе башталгыч бөлүкчө калыкты жана толкун касиеттери бар экендигин түшүндүрүү болду.

Эйнштейн бекем (жарык басым көрүнүш) туура жашылчалар, өткөрүп берет эле да, көрүнбөгөн .Толкундар, массасы бар экенин далилдеген. Бул учурда, жатчы электрон чачылышын көптөгөн эксперимент, жок эле дегенде, алардын таралуу жана тоскоолдуктар бар, ал бери чайпалтуу үчүн гана мүнөздүү болуп саналат. Натыйжада, мен эле моюнга: элементардык бөлүкчөлөрдүн ошол эле учурда бир масса жана толкун менен объект. Башкача айтканда, массалык деп, ал сыяктуу бир электрон толкун касиеттери энергия пакеттеги "Рия" болчу. Бул-толкундук дуализм биринчи кезекте эмне үчүн электрон түшүндүрүп жол берген негизги ядро, ал эми атомдун орбитада кандай себептер бар үчүн түшүп жатат, ал эми алардын ортосунда өтүү кескин болуп саналат. Бул өткөн жана кандайдыр бир заттын өзгөчө бир катарга кирет. Кийинки, элементардык бөлүкчөлөр өздөрү бөлүкчөлөрдүн касиеттери болгон түшүндүрүшү керек, ошондой эле алардын өз ара.

толкуну милдети өлчөмү саны

Erwin Шредингер бир калыштуу, ошол кезге чейин белгисиз ачылыш жасады (кийинчерээк Pol Dirak негизинде теориясын курулган). Ал кандайдыр бир элементардык бөлүкчө мамлекеттик, мисалы, бир электрон толкун милдети ♂ Александр сүрөттөгөн экенин далилдеген. өзү эле, ал эч нерсе эмес, бирок, бул мейкиндик бир учурда электрон табуу мүмкүнчүлүгүн түшүндүрүп берет. бир атомдун (же башка система) боюнча элементардык бөлүкчөлөр бул мамлекеттин төрт өлчөмү сан менен айтылат. Бул негизги (N), Жердин орбитасын айлануусу (л), магниттик (м) жана айлануу _(М) саны. Алар башталгыч бөлүкчө касиетин көрсөтөт. бир мисал катары, мунай алат. Анын өзгөчөлүктөрү - салмагы, өлчөмү, түсү жана семиз мазмуну. Бирок, башталгыч бөлүкчөлөрдү сүрөттөп касиеттери туюп-түшүнүү мүмкүн эмес, алар математикалык баяндоо аркылуу кабардар болушу керек. Иш Дирак барабардык - бул макаланын максаты акыркы, айлануусу санын арналган.

токуу

эсептөөлөр үчүн түздөн-түз иш мурун, жип ийрибейт саны м _с билдирет иштерин түшүндүрүп берүү үчүн _зарыл. Бул электрондордун өз бурчтук учурда, жана башка элементардык бөлүкчөлөр көрсөтөт. Бул ар дайым оң жана бүтүн Наркы, нөлдүк же жарым баалуу (м _с = 1/2 электрон) болушу мүмкүн. Spin - көлөм багыты жана электрон багытын сүрөттөгөн бир гана. Quantum талаа теориясы жалпысынан туюмдуу механикасынын эч кандай заттык оригиналы бар алмашуу ара, негизин ийрибейт коёт. Spin саны багыты баштапкы абалынан келип буруш керек кандайча көрсөтүп турат. Мисалы, жөнөкөй эле убакыт-пункту калем (жазуу бөлүгүн багыты оң багытты коё берет) болот. ал баштапкы абалына келип, ал 360 градуска буруп, зарыл. Бул жагдай 1. арткы ылайык кайра жарым болгондо, электрон айланышы болуп 720 градус болушу керек. Ошентип, математикалык сезим тышкары, бул мүлктү түшүнүү үчүн мейкиндик ой болушу керек. Эле жогору толкун иш менен алектенчү. Бул элементардык бөлүкчөлөр абалын жана абалды мындайча сүрөттөйт турган негизги "актер" чопчулаабыт болуп саналат. Бирок, баштапкы абалында бул мамилелер spinless бөлүкчөлөрдүн арналган. Борго иш жасалган болсо, Шредингер эсептөөлөр, жалпылоо гана бере алат, электронду жана абалын сүрөттөп бергиле.

Bosons жана Эрчиндорже

Башкаруусу - жарым-бүтүн Жөндөгүч наркы бөлүкчөлөр. Эрчиндорже системалардын (мисалы, атом) жайгашкан Паули салуу негизинен ылайык, ар бир мамлекеттин бир бөлүкчө ашык эмес болууга тийиш. Ошентип, атомдогу ар бир электрон ар башкалардан бир аз башкача болот (кээ бир өлчөмү саны ар түрдүү мааниге ээ). Quantum талаа теориясы дагы бир ишти сүрөттөйт - bosons. Алар жип ийрибейт бар, жана бардык учурда бирдей абалда болушу мүмкүн. Бул учурда ишке ашыруу Bose-Эйнштейн аталган. жакшы, аны алуу үчүн теориялык мүмкүнчүлүгүн тастыктаган да, ал олуттуу бир гана 1995-жылы ишке ашырылат.

Дирак барабардык

Жогоруда айтылгандай, Pol Dirak классикалык талаа электрондордун бир аркалашат алынган. Ошондой эле башка Эрчиндорже статусун баяндайт. мамилелердин физикалык мааниде татаал жана көп кырдуу, ал жана анын калыптаныш негизги корутундусу бир топ болушу керек. салмактуулугунун түрү төмөнкүчө чагылдырууга болот:

- (MC ² α _{0 + с Σ бир к б к {} к = 0-3}) ψ (х, у) = ж {∂ ψ / ∂ т (х, т)},

м кайда - Эрчиндорже массалык (атап айтканда, электрон), с - жарыктын ылдамдыгы, б _{ы к} - үч операторлор моменти компоненти (балта X, Y, Z), ħ - Планк тынымсыз, х Т мурутун - үч мейкиндик координаты (балта X ылайык , Y, Z) жана убактысы, тиешелүүлүгүнө жараша, жана ψ (х, т) - chetyrohkomponentnaya татаал толкун милдети, α _{к (к} = 0, 1, 2, 3) - Паули түзүлгөн. акыркы толкуну милдеттерин жана мейкиндик боюнча иш сызыктуу операторлор бар. Бул формула өтө татаал болуп саналат. жок дегенде, анын компоненттерин түшүнүү үчүн, ал механиканы негизги аныктамаларды түшүнүү зарыл. Ошондой эле, жок эле дегенде, бир багыттуу, калыбы жана оператор-билүү эмне үчүн өзгөчө математикалык билимге ээ болушу керек. эсептөөлөр боюнча адис түрү анын компоненттерин да көп айта турган. ядролук аныкталды менен тааныш механиканы жакшы билген киши, бул мамилелердин маанилүү экенин түшүнүшөт. Бирок, биз Дирак барабардык жана Шредингер экенин моюнга алышыбыз керек - өлчөмү санда дүйнөсүндө пайда жараяндардын математикалык сүрөттөлүшү гана башталгыч негиздери. , Элементардык бөлүкчөлөр жана алардын өз ара өзүн арноо чечкен теориялык заттык, биринчи жана экинчи даражада бул мамилелердин маанисин түшүнүү керек. Бирок, бул илим кызыктуу болуп саналат, ал эми бул аймакта бирдейлиги, кайра же мүлкүнө, аны ыйгаруу, анын атын өчүрбөй эпох же мүмкүн эмес.

салмактуулугунун физикалык мааниси

Биз убада кылынгандай, биз корутундулар электронго Дирак аркалашат жашырса айтып. Биринчиден, бул мамиле электрон ийрибейт ½ экени айкын болот. Экинчиден, эсептөөлөр боюнча, электрон бир ички магниттик көз ирмем бар. Бул Бор magneton (бир башталгыч магниттик учур) барабар. Бирок, бул катыш алуу абдан маанилүү натыйжасы жактан оператору α _{к жатат.} Шредингер эсептөөлөр тартып Дирак салмактуулугунун корутундусу бир топ убакыт өттү. Дирак башында бул операторлор мамиледе тоскоолдук деп ойлошкон. ар кандай математикалык ыкмаларды жардамы менен ал эсептөөлөр, аларды жокко чыгарууга аракет кылышкан, бирок ал ийгиликке жетишкен эмес. Натыйжада, эркин бөлүкчөлөрдүн Дирак барабардык төрт оператор А камтыйт. Алардын ар бири бир булагы [4x4] билдирет. Эки анын айлануусу эки жоболору бар экенин далилдейт электрондордун оң массасы, туура келет. Башкалары болсо эки терс массалык бөлүкчөлөрдүн чечүү берет. кээ бир негизги билимдер иш жүзүндө мүмкүн эмес деп жыйынтык адамды түзөт. Бирок эксперименттин натыйжасында ал акыркы эки Matrices болгон бөлүкчөлөрдүн чечүү болуп саналат, электрон карама-каршы деп табылган - анти-электрон. электрон катары болгон позитрон (бул бөлүкчө деп аталат) массасы бар, бирок акы алгылыктуу болуп саналат.

позитрондуу

Эле учурда адегенде өздөрүнүн корутунду ишенген эмес учурда өлчөмү Борго боюнча ачылыштар доорунда болгон. Ал ачык эле бир бөлүкчө прогноз жарыялоого караганга даай алган эмес. Бирок, ар кандай окумуштуулар боюнча шайлоо бюллетендеринин жана симпозиумдарды бир катар ал чыгарышы эмес, болсо да, анын бар мүмкүнчүлүгүн басым жасашкан. Бирок бул атактуу катышы позитрон алуу кийин Космос нурларынын табылган. Ошентип, анын бар эмпирикалык тастыкталган. Позитрондуу - биринчи ашык адам жабуу элемент. Позитрондуу бир эки жуп болуп төрөлгөн - күчтүү электр тармагында абдан жогору энергетикалык зат тоголокту бөлүкчөлөрүн өз ара боюнча (башка эгизи бир электрон болуп саналат). биз (жана кызыккан окурман өзүн бардык зарыл болгон маалыматтарды табат), жок көрсөткүчтү келтиришет. Ошентсе да, бул бир космостук масштабдагы маанилүү экендигин баса белгилеп кетүү зарыл. зарыл болгон энергия бөлүкчөлөрүн сөзүндө жарылышы жана галактикалык кагылышуулар гана өндүрүү үчүн. Алар күндүн ысык жылдыздардын ядролору ичине камтылган бир катар да. Бирок бир адам ар дайым пайда кылат. зат жана шериги өлүмү көп күч берет. бул ишти токтотуу үчүн жана адамзаттын жыргалчылыгы (мисалы, жок кылынышын аралык кемелери натыйжалуу машиналары болот), аны өлтүрүү үчүн, эл лабораторияда протон жасоого үйрөндүк.

Атап айтканда, чоң катализатору (мисалы, LHC сыяктуу) электрон-позитрон жубу түзө аласыз. Буга чейин да ал бир гана башталгыч каршы бөлүкчөлөр (электронун аларды бир нече кошумча) эмес, бар деген божомолдоолор бар, бирок бүт жабуу. Ал тургай, шериги кандай кристаллдай кичинекей бир эт бөлүкчөсү Энергетикалык планетаны камсыз кылат (балким, Мына сага Superman жабуу эле?).

Бирок, тилекке каршы, жабуу ядролору суутек оор түзүү ааламда документтик эмес. Бирок окуган заттын өз ара деген пикирге келсе, номери жок менен (Белгилей кетчү нерсе, ал зат эмес, бир электрон болсо) ошол замат аяктайт, ал туура эмес болуп саналат. эмес нөл ыктымалдуулук менен кээ бир суюктукту жогорку ылдамдыкта Позитрондуу басаъдоосу байланыштуу электрон-позитрон жубу пайда болгондо, positronium чакырды. Бул пайда атом жана химиялык кубулуштардын кирүүгө жөндөмдүү кээ бир касиетке ээ. Бирок, бул алсыз Тандем кыска убакыт, андан кийин дагы эки эмиссия менен кырып жок, ал эми кээ бир учурларда, үч гамма нурлары.

салмактуулугунун кемчиликтери

Бул мамиле аркылуу анти-электрон жана шериги менен ачылган карабастан, бул олуттуу м³мк³н. Тендемелерин жана моделин анын негизинде курулган жазуу, бөлүкчөлөр төрөлүп, жок кантип алдын ала албай жатабыз. Бул өлчөмү дүйнөнүн өзгөчө тамашасы: теория, маселе-жабуу жуптары төрөп алдын ала, тийиштүү муну айтып бере албайт. Бул кемчилик өлчөмү талаа теориясы менен жок кылды. кендердин сандык жактан киргизүү менен, бул модель элементардык бөлүкчөлөр түзүүгө жана жоюуга, анын ичинде өз-ара, сүрөттөйт. Бул учурда "өлчөмү талаа теориясы" менен абдан белгилүү бир мөөнөттү билдирет. Бул өлчөмү кендерди жүрүм-турумун изилдеген кээ бир тармак болуп саналат.

Cylindrical координаттарында Дирак параметрлери

баштоо үчүн, бир Cylindrical координаттар системасы кандай чечим чыгарганын билишсин. Анын ордуна кадимки үч бурчту колдонуп боштукта бир чекитке так жайгашкан жерин аныктоо үчүн өз ара перпендикуляр октун, радиусу жана бийиктиги. Бул учак боюнча полярдык координаттар системасында сыяктуу эле, ал эми үчүнчү кошо - бийиктиги. Бул система сиз сүрөттөгөндөй же бир огу жөнүндө симметриялуу бир бетин иликтөө үчүн абдан пайдалуу. Quantum механика кыйла акысы жана эсептөөлөр саны өлчөмүн азайтышы мүмкүн абдан пайдалуу жана колдо болгон куралы болуп саналат. Бул натыйжасы болуп бир атомдогу электрон булут октук симметрия. Дирак анализ системасында аз демейдегиден башкача Cylindrical координаттарында чечилип жатат, кээде күтүлбөгөн жыйынтыктарды чыгарат. Мисалы, кээ бир quantized арыз элементардык бөлүкчөлөр жүрүм-турумун аныктоо маселеси (адатта, электрон) Cylindrical координаттары үчүн түрүнө жараша талаа чечилет тендемелерди айланышат.

бөлүктөр менен структурасын аныктоо үчүн текшилөө системасын пайдалануу менен

да майда элементтен турат эмес, ошол: Бул барабардык элементардык бөлүкчөлөр сүрөттөйт. Заманбап илим жогорку тактык менен магнит учурларды аныктоо үчүн алат. Ошентип, дал келбестиктер тажрыйбалык магниттик учурду ченегенде Дирак барабардык баалуулуктарды колдонуу санап кыйыр бөлүкчөлөрдүн комплекстүү бир түзүлүшкө берет. Эске салсак, бул барабардык Эрчиндорже, алардын жарым-бүтүн айлануусу тиешелүү. протон менен нейтрон татаал структура бул элементтердин жардамы менен ырасталган. Алардын ар бири .Элементардык деп аталган андан да майда бөлүктөн турат. Джут аларды кулап жол эмес, бирге .Элементардык өткөрүү талаа. .Элементардык бир теория бар - бул биздин дүйнөнүн көпчүлүк элементардык бөлүкчөлөр эмес. Бирок, көп адамдар бул тастыктоо үчүн жетиштүү техникалык жөндөмдүүлүккө ээ болбогон сыяктуу.