Conclúidí Dirac. Dirac chothromóid. Teoiric réimse Quantum

Díríonn an alt ar an obair a Paul Dirac chothromóid a shaibhriú go mór an Meicnic chandamach. Déantar cur síos ann na coincheapa bunúsacha is gá chun tuiscint a fháil ar an bhrí fisiciúil an chothromóid, chomh maith le modhanna a chur i bhfeidhm.

Eolaíocht agus eolaithe

Níl an duine a bhaineann leis an eolaíocht, is é an próiseas táirgthe eolais i roinnt éifeacht draíochta. Na heolaithe, i dtuairim na ndaoine - cromáin sé a labhraíonn teanga aisteach agus beagán sotalach. Dul acquainted leis an taighdeoir, i bhfad ó fhear eolaíochta aon uair amháin a dúirt sé nach raibh sé tuiscint a fháil ar na fisice sa scoil. Mar sin tá an fear ar an tsráid fál amach as eolas eolaíoch, agus iarratais interlocutor níos oilte a labhairt níos éasca agus níos iomasach. Surely Paul Dirac chothromóid táimid ag déanamh machnaimh, fáilte roimh chomh maith.

cáithníní bunrang

Tá struchtúr an damhna ar bís i gcónaí intinn aisteach. Sa Ghréig ársa, tá daoine faoi deara go bhfuil na céimeanna marmair, a bhí ar a lán de cos, cruth athrú le himeacht ama, agus mhol: gach shiúl na gcos nó sandal iompraíonn le sé beagán beag bídeach de ábhar. Tá na gnéithe tar éis a chinneadh chun glaoch "adamh", is é sin "doroinnte". Ainm fós, ach d'éirigh sé amach go bhfuil na hadaimh agus na cáithníní a chomhdhéanann adaimh - an cumaisc céanna, casta. Tá na cáithníní a dtugtar bunrang. Tá sé tiomanta don obair atá Dirac chothromóid a thug deis ní amháin chun míniú a thabhairt ar an casadh leictreoin, ach freisin le fios ar an láthair antielectron.

dúbailteacht tonn-cáithnín

Forbairt grianghraf teicneolaíochta sa naoú haois déag, i gceist ní hamháin ar an bhealach ar imprinting féin, bia agus cait, ach freisin chun cinn na féidearthachtaí na heolaíochta. Tar éis den sórt sin a uirlis áisiúil mar pictiúr tapaidh (cuimhne níos luaithe nochtadh bainte amach thart ar 30-40 nóiméad), thosaigh eolaithe en masse a shocrú ar éagsúlacht na speictrim.

Atá ann cheana ag an teoiric an am na struchtúr substaintí nach bhféadfaí a mhíniú go soiléir nó a thuar an speictrim na móilíní casta. Gcéad dul síos, léirigh an turgnamh cáiliúla Rutherford nach bhfuil an adamh chomh doroinnte: bhí a chroí núicléas dearfach trom ar fud a thairgeann leictreon diúltach éasca. Ansin an teacht ar radaighníomhaíocht cruthaithe nach bhfuil an eithne monolith, agus tá sé déanta suas de prótóin agus neodróin. Agus ansin an fionnachtain beagnach comhuaineach an candam fuinnimh, an prionsabal éiginnteachta Heisenberg agus nádúr Probabilistic cáithníní bunrang suíomh spreagadh a thabhairt d'fhorbairt cur chuige eolaíoch bunúsach nua do staidéar ar an domhan mórthimpeall. A nua san alt - ar airíonna fisiciúla na cáithníní bunrang.

An cheist is mó ar an tús an aois na fionnachtana mór i scála ultra-beag a bhí míniú a thabhairt ar an láthair maiseanna gcáithníní tosaigh agus airíonna tonn.

Einstein gcruthófar go bhfuil fiú fótón imperceptible mais, mar tharchuireann soladach buille, rud a thagann ar an (feiniméan brú éadrom). Sa chás seo, turgnaimh iomadúla ar an scaipeadh na leictreon i scáintí na sin ar a laghad, tá siad an díraonadh agus trasnaíocht, tá sé aisteach ach go tonn. Mar thoradh air sin, bhí mé a admháil: na cáithníní bunrang ag an am céanna rud ar mó a mais agus tonnfhuinneamh. Is é sin, ar mhais na, a rá, leictreon amhail is dá mba "smeartha" sa phacáiste fuinnimh ar na hairíonna tonn. Tá an prionsabal dúbailteacht tonn-cháithnín cead míniú a thabhairt ar an gcéad de gach cén fáth nach bhfuil an leictreon titim isteach sa núicléas, agus ar na cúiseanna ann in adamh ar bhfithis, agus tá na haistrithe idir iad tobann. Tá na haistrithe agus a ghiniúint speictream uathúil le haon substaint. Bhí Next, fisic gcáithníní tosaigh Ní mór míniú a thabhairt ar airíonna na gcáithníní féin, chomh maith lena gcuid idirghníomhaíochtaí.

An fheidhm tonn na na huimhreacha chandam

Erwin Schrödinger rinne iontas agus go dtí seo doiléir an oscailt (ar bhonn a dhiaidh sin Pol Dirak tógtha a theoiric). Bhí sé go bhfuil an stát aon gcáithníní tosaigh, mar shampla cur síos, feidhm ψ tonn leictreon. De réir é féin, ní chuireann sé rud ar bith i gceist, ach beidh sé cearnach dóchúlacht a aimsiú ar an leictreoin ag pointe ar leith de spás. Sa staid cáithníní bunrang in adamh (nó córas eile) tá cur síos ag ceithre uimhreacha chandamach. Seo phríomh (n), fithiseán (l), maighnéadach (m) agus casadh (m _s) uimhreacha. Léiríonn siad na hairíonna de cáithníní bunrang. Mar analaí, is féidir leat a thabhairt ar an bloc ola. A saintréithe - meáchan, méid, dath agus cion saille. Mar sin féin, ní féidir leis na hairíonna a chuireann síos ar cáithníní bunrang, a thuiscint intuitively, ba chóir iad a bheith ar an eolas tríd an tuairisc matamaitice. Is Dirac obair chothromóid - Is é an fócas an t-airteagal seo a bheidh dírithe ar an Stát sin, líon na n-casadh.

casadh

Roimh dhul ar aghaidh go díreach chuig an chothromóid, tá sé riachtanach chun míniú a thabhairt ar cad seasann an casadh uimhir m _s. Taispeánann sé móiminteam uilleach féin ar an leictreoin, agus cáithníní bunrang eile. Tá an uimhir i gcónaí dearfach agus is féidir a ghlacadh luach slánuimhir, náid nó luach leath (do m _s = 1/2 leictreon). Spin - veicteoir méid agus an ceann amháin a chuireann síos ar an treoshuíomh an leictreoin. Cuireann teoiric réimse Quantum casadh bunaithe ar an idirghníomhaíocht a mhalartú, nach bhfuil aon chomhpháirtí i Meicnic iomasach i gcoitinne. Taispeánann uimhir Casadh conas mar ba chóir an veicteoir dul chun teacht chun a staid bhunaidh. Sampla peann liathróid-phointe gnáth (scríobh páirt a ligean ar an treo dearfach ar an veicteoir). Go tháinig sí ar an stát bunaidh, tá sé riachtanach chun dul 360 céim. Freagraíonn an scéal go dtí cúl 1. Nuair nach mór an leath ar ais, mar an uainíocht leictreon a 720 céim. Mar sin, chomh maith le intuition matamaiticiúla mór, a bheith forbartha smaointeoireacht spásúil a thuiscint an maoin. Dhéileáil díreach os cionn leis an fheidhm tonn. Is é an príomh- "aisteoir" Schrödinger chothromóid ag a chuireann síos ar an stát agus seasamh na cáithníní bunrang. Ach tá an gaol san fhoirm bhunaidh atá beartaithe le haghaidh cáithníní spinless. Déan cur síos ar staid an leictreon is féidir a shealbhú ach amháin más rud é an ginearálú ar an chothromóid Schrödinger, atá déanta in obair Dirac.

Bosons agus fearmóin

Fermion - cáithníní le luach casadh leath-slánuimhir. Fearmóin seo eagraithe i gcórais (m.sh. adaimh) i gcomhréir leis an bprionsabal eisiamh Pauli: Ba chóir i ngach stát a bheith níos mó ná aon cáithnín. Dá bhrí sin, tá gach leictreon san adamh beagán éagsúil ó gach duine eile (cuid uimhir chandamach brí éagsúil). teoiric réimse Quantum cur síos cás eile - bosons. Tá siad casadh, agus is féidir go léir a bheith ag an am céanna sa stát céanna. Cur i bhfeidhm chás seo ar a dtugtar Bose-Einstein comhdhlúthúcháin. In ainneoin an deimhnithe measartha maith ar an bhféidearthacht theoiriciúil chun é a fháil, tá sé i gcrích go bunúsach amach i 1995 ina n-aonar.

Dirac chothromóid

Mar a dúirt muid thuas, díorthaithe Pol Dirak cothromóid de leictreon réimse clasaiceach. Déantar cur síos ann freisin ar stádas na fearmóin eile. Is é an chiall fisiciúil ar an gcaidreamh casta agus ilghnéitheach, agus ba chóir go gheall ar a cruth a bheith ina lán conclúidí bunúsacha. Is mar seo a leanas fhoirm ina mbeidh an chothromóid:

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

i gcás m - ar mhais na fearmóin (go háirithe leictreon), c - treoluas an tsolais, lch _k - trí oibreoir chomhdhéanann í móiminteam (na haiseanna x, y, z), H - bearrtha Planck tairiseach, x agus t - trí cinn spásúlachta comhordanáidí (a fhreagraíonn do na haiseanna X , Y, Z) agus am, faoi seach, agus ψ (x, t) - chetyrohkomponentnaya fheidhm tonn chasta, α _{k (k} = 0, 1, 2, 3) - maitrís Pauli. Is iad an dara ceann oibreoirí líneach a ghníomhaíonn ar an fheidhm tonn agus a chuid spáis. Tá an fhoirmle casta go leor. Chun tuiscint ar a laghad, a chomhpháirteanna, tá sé riachtanach chun tuiscint a fháil ar na sainmhínithe bunúsacha na Meicnic chandamach. Ba chóir duit go mbeadh freisin eolas matamaitice iontach ar a laghad a fháil amach cad ina gné, maitrís, agus an t-oibreoir. Foirm Speisialtóir den chothromóid a rá, fiú níos mó ná a chomhpháirteanna. Fear versed in fisic núicléach agus meicnic chandamach an eolas maidir leis, tuiscint a fháil ar an tábhacht a bhaineann leis an gcaidreamh. Mar sin féin, ní mór dúinn a admháil go bhfuil an chothromóid Dirac agus Schrödinger - ach na prionsabail tosaigh na tuairisce matamaitice ar na próisis a tharlaíonn i saol na gcainníochtaí chandamach. tá fisicithe teoiriciúil, a bhfuil cinneadh déanta féin a chaitheamh ar na cáithníní tosaigh agus n-idirghníomhaíochtaí, chun tuiscint a fháil ar an croílár na caidrimh ar an chéad agus an dara céim. Ach tá sé seo eolaíocht suimiúil, agus tá sé gur féidir sa réimse seo a dhéanamh ina cinn nó a bhuanú a ainm, a shannadh sé leis an chothromóid, claochlú nó maoin.

Réir bhrí fisiciúil an chothromóid

Mar a gealladh againn, táimid ag insint cad cheilt conclúidí an chothromóid Dirac don leictreon. Gcéad dul síos, go dtiocfaidh an ndáil soiléir go bhfuil an casadh leictreon ½. Dara dul síos, de réir na cothromóide, tá an leictreon ina láthair maighnéadach intreach. Is comhionann leis an magneton Bohr (nóiméad maighnéadach bunrang amháin). Ach bíodh an toradh is tábhachtaí a fháil an cóimheas sa inconspicuous oibreoir α _k. Conclúid an chothromóid Dirac ón gcothromóid Schrödinger thóg ar feadh i bhfad. Dirac shíl ar dtús go bac ar na hoibreoirí ar an gcaidreamh. Le cabhair ó na cleasanna matamaiticiúla éagsúla rinne sé chun iad a eisiamh ón gcothromóid, ach ní raibh sé éireoidh leo. Mar thoradh air sin, folaíonn sé an chothromóid Dirac do na cáithníní in aisce ceithre α oibreoir. Gach ceann acu ionann maitrís [4x4]. Dhá go bhfreagróidh siad do mais dearfach ar an leictreoin, a gcruthaíonn go bhfuil dhá fhoráil dá casadh. Daoine eile dhá dhéanann tuaslagán le haghaidh cáithníní mais diúltach. An t-eolas is bunúsaí na fisice a chur ar fáil do dhuine a thabhairt i gcrích go bhfuil sé dodhéanta i ndáiríre. Ach mar thoradh ar an turgnamh fuarthas amach amach go bhfuil an dá maitrísí seo caite na réitigh ar na cáithníní atá ann cheana féin, leictreon os coinne - frith-leictreon. Mar leictreon, tá posatrón (mar a thugtar air seo cáithnín) mais, ach tá an lucht deimhneach.

posatrón

Mar a tharla go minic i ré na fionnachtana na chandam Dirac ar dtús gur chreid a gcuid conclúidí féin. Ní raibh sé leomh a fhoilsiú go hoscailte ar an tuar cáithnín nua. Mar sin féin, i roinnt páipéar agus siompóisiamaí ar scoláirí éagsúla tar éis béim ar an bhféidearthacht a bheith ann, cé nach bhfuil sé shamhlaítear. Ach go luath tar éis fuair sé amach a tharraingt siar an positron cóimheas i radaíocht chosmach. Dá bhrí sin, tá a bheith ann daingnithe empirically. Posatrón - an chéad daoine a fuair eilimint antimatter. (- Is leictreoin na focail eile) i an idirghníomhú fótón le cores-ard substaint fuinnimh i réimse leictreach láidir Positron rugadh mar péire amháin dhá leaba. Tabhair figiúirí ní bheidh againn (agus beidh an léitheoir leasmhara fháil dó féin an t-eolas go léir is gá). Mar sin féin, is fiú béim go bhfuil an scála Cosmaí. A thabhairt ar aird na photons fuinnimh ag teastáil féidir ach pléascanna ollnóva agus imbhuailtí Réaltrach. tá siad chomh maith i roinnt atá sa núicléas réaltaí te, lena n-áirítear an ghrian. Ach bíonn duine i gcónaí buntáiste dó. Tugann an annihilation de ábhar agus antimatter a lán fuinnimh. Chun srian a chur leis an bpróiseas agus chun é a chur ar mhaithe leis an chine daonna (mar shampla, go mbeadh innill éifeachtacha long réaltach go annihilation), tá daoine a foghlaimíodh a dhéanamh ar na prótóin sa tsaotharlann.

Go háirithe, is féidir luasairí móra (cosúil leis an LHC) a chruthú leictreon-posatrón péire. Roimhe seo freisin tá sé ráite nach bhfuil, ní hamháin antiparticles tosaigh (sa bhreis ar an leictreon dóibh cúpla níos mó), ach tá an t-antimatter ar fad. Fiú píosa beag de aon criostail de antimatter bheadh ar fáil ar an fuinneamh an phláinéid (b'fhéidir go raibh Kryptonite Superman antimatter?).

Ach alas, a chruthú núicléis antimatter níos troime ná hidrigin curtha doiciméadaithe i na Cruinne ar eolas. Mar sin féin, más cuí leis an léitheoir go bhfuil an idirghníomhaíocht an t-ábhar (tabhair faoi deara, is é an tsubstaint, ní ar a leictreon amháin) a bhfuil annihilation posatrón chríochnaíonn láithreach, tá dul amú air. Nuair a thagann an luasmhoilliú posatrón ag luas ard i roinnt leachtanna le neamh-náid dóchúlacht a bhaineann le leictreon-posatrón péire, ar a dtugtar positronium. Tá an foirmiú roinnt airíonna an adaimh agus fiú an cumas chun dul i mbun imoibrithe ceimiceacha. Ach tá an am céanna leochaileach ama gearr agus ansin annihilates fós a bheidh á gcur ar dhá, agus i gcásanna áirithe, agus trí gáma-ghathanna.

míbhuntáistí a bhaineann an chothromóid

In ainneoin gur tríd an gaol a bhí amach ag frith-leictreoin agus antimatter, tá sé míbhuntáiste suntasach. Cothromóidí agus múnla tógtha atá bunaithe ar sé Scríbhneoireacht, nach bhfuil in ann a thuar conas atá na cáithníní a rugadh agus a dhíothú. Is é seo an íoróin peculiar an domhain candamach: an teoiric, tuartha an bhreith péirí ábhar-antimatter, níl ann cur síos go leordhóthanach ar an bpróiseas. Tá an míbhuntáiste a dhíchur i réimsetheoiric chandamach. A thabhairt isteach ar an quantization na réimsí, cur síos ar an múnla a n-idirghníomhaíocht, lena n-áirítear a chruthú agus a annihilation cáithníní bunrang. De réir "réimsetheoiric chandamach" sa chás seo ciallaíonn téarma an-sonrach. Is réimse na fisice a staidéir ar an iompar na réimsí chandamach.

cothromóid Dirac i comhordanáidí sorcóireach

Chun tús a chur, a ligean a fhios agat cad a sorcóireach córas a chomhordú. In ionad an gnáth trí ais frithpháirteach ingearach chun a chinneadh an suíomh cruinn ar phointe sa spás ag baint úsáide as an uillinn, an ga agus airde. Tá sé seo mar chóras Polar comhordú ar an eitleán an gcéanna, ach Chuir tríú toise - airde. Tá an córas seo úsáideach nuair is mian leat chun cur síos nó a imscrúdú dromchla symmetrical faoi aise amháin. Is Meicnic Quantum uirlis an-úsáideach agus handy is féidir a laghdú go suntasach an méid de na líon na n foirmlí agus ríomhaireachtaí. Is é seo mar thoradh ar shiméadracht aiseach an scamall leictreon in adamh. Is é an chothromóid Dirac réiteach i comhordanáidí sorcóireach beagán difriúil ná mar is gnách sa chóras, agus cuireann uaireanta torthaí gan choinne. Mar shampla, roinnt iarratais an fhadhb atá leis an iompar na cáithníní bunrang a chinneadh (leictreon de ghnáth) sa quantized athrú cineál réimse cothromóidí réiteach do comhordanáidí sorcóireach.

Ag baint úsáide as cothromóidí chun a chinneadh an struchtúr an cháithnínigh

Seo chothromóid cur síos ar na cáithníní bunrang: iad siúd nach bhfuil comhdhéanta de ghnéithe níos lú. Is eolaíocht nua-aimseartha in ann a thomhas an chuimhneacháin maighnéadach le cruinneas ard. Dá bhrí sin, tá mí-oiriúnú a chomhaireamh ag baint úsáide as na luachanna cothromóid Dirac go turgnamhach thomhas nóiméad maighnéadach Léireoidh hindíreach an struchtúr casta de na cáithníní. Athghairm, tá feidhm ag an gcothromóid a fearmóin, a casadh leath-slánuimhir. Deimhníodh struchtúr casta de prótóin agus neodróin ag baint úsáide as an chothromóid. Gach ceann acu comhdhéanta de chomhpháirteanna níos lú ar a dtugtar cuairc. réimse Gluon a bhfuil na chuarc le chéile, ní ligean dóibh titim as a chéile. Tá teoiric sin chuarc - ní hí sin an cáithníní is tosaigh ar ár saol. Ach chomh fada is nach bhfuil daoine ag acmhainn theicniúil go leor chun a fhíorú seo.