Dirac ya liqeto. Dirac abel. Quantum khopolo ea tšimo

Sehlooho sena se bua ka mosebetsi oa Pauluse Dirac abel eo ntlafatsa haholo ho nyenyenyane quantum. E hlalosa bopa dikgopolo tsa mantlha ho hlokahala hore ho utloisisa se boleloang ke 'meleng abel le, hammoho le mekhoa ea kopo ea eona.

Saense le bo-rasaense ba

motho eo e sa amanang le saense, e ke tsebo thulaganyou e tlhahiso ea ka bang le phello ea boselamose. The bo-rasaense, ka maikutlo a batho ba - e cranks ba buang puo e makatsang le hanyenyane ikhohomosa. Ho tloaelana le mofuputsi, e le hōle le saense ea monna-hang a ile a re o ne a sa utloisise ka fisiks sekolong. Ka tsela eo motho ea seterateng e etselitsoeng motero theoha ho tloha tsebo ea saense, 'me e li kōpang ho feta rutehile interlocutor ho bua ho le bonolo le ho feta tlhago. Ha ho pelaelo hore Pauluse o ile a Dirac abel re hlahloba, o ile a amohela hammoho.

likaroloana mathomo

Sebōpeho sa taba e kamehla thabile likelello tsa bohelehele. Greece ea boholo-holo, batho ba 'nile ba hlokomela hore mehato e' mabole, eo o neng o e ngata leoto, phetoho sebopeho ka mor'a nako, 'me a etsa tlhahiso ea: e mong le e maoto kapa moqathatso jarelang le eona a batla a e nyenyane ea taba. likarolo tsena entse qeto ea ho bitsa "liathomo", ke hore "indivisible". Lebitso la sala, empa e ile hore liathomo le likaroloana tse etsang liathomo - the komponeng e tšoanang, e rarahaneng. likaroloana tsena li bitsoa tsa motheo. E nehetsoeng ho mosebetsi ba Dirac abel eo lumelloa eseng feela hore hlalosa ohla tsa elektrone e, empa hape fana ka maikutlo a ho ba teng ha antielectron.

Tsokoang-phatsa duality

Ntshetsopeleng ya difoto thekenoloji lilemong tsa bo-ea leshome le metso e robong ka mor'a nako, finyella se feela feshene ea imprinting ka boeona e, dijo le likatse, empa hape kgothaletswa dikgonego tsa saense. Hore re amohele joalo sesebelisoa e nago le mohola ka setšoantšong kgaoletsang (tla hopola ka eena pejana kgahlamelo ya maqhubu a fihla ka 30-40 metsotso), bo-rasaense ba ile ba qala en Khao le bangata ho e lokisa e le mefuta e fapaneng ya spectra.

O teng ka nako eo khopolo ea ho sebōpeho sa dintho ne a ke ke ka ho hlaka hlalosa kapa noha spectra ea limolek'hule tse rarahaneng. Ntlha ea pele, e tummeng teko ya Rutherford o ile a bontša hore ho na athomo ha e le indivisible: pelo ea hae e neng e le boima-positive khubung pota eo e fana ka bonolo dieleketerone negative. Joale e ntan'o ba sibolloa ha radioactivity bontšitse hore ho khenele hase monolith, 'me e entsoe ka protons le neutron. 'Me joale ho fumanoa hoo e ka bang tsoa hong ea quantum matla, le Heisenberg tsitseng molao-motheo o le probabilistic mofuta likaroloana mathomo sebakeng fa peleka ho ntshetsopele ya ka tsela e feletseng e ncha ea saense ho ithuta ka lefatše e potolohileng. A karolo e ncha - the fisiks ea likaroloana tsa motheo.

Tseko ka sehloohong ka meso oa a le lilemo li tse sibolotsoeng le leholo ka tekanyo e marang-tse nyenyane e ne e le ho hlalosa hore na ho ba teng ha matšoele mathomo phatsa le thepa e tsokoang.

Einstein a paka hore esita le imperceptible photon, e na le batho ba bangata, e le o tiileng fetisetsa e pulse length, e oela ka (khatello ea ketsahalo khanya). Tabeng ena, liteko tse ngata tse ka hasanyang tsa dieleketerone ka crevices ea itse bonyane ba na le diffraction le tshitsiso, e ikhethang feela a se tsokela. Ka lebaka leo, ke tlameha ho bua 'nete: e likaroloana tsa motheo ka nako e tšoanang e be ntho e nang le batho ba bangata' me e tsokoang ka. Ke hore, le boima ba, ba re, e le elektrone e le hore li ne li "netile" ka sephutheloana matla a ho thepa e tsokoang. Molao-motheo ona oa tsokoang-phatsa duality e lumelloa ho hlalosa pele ho tsohle ke hobane'ng ha elektrone se ke a oa ka khubung ea, 'me bakeng sa mabaka afe teng ka orbit e athomo,' me ho fetoha pakeng tsa bona ke botsoalle. Tsena ho fetoha le ho hlahisa le manyenyane ikhethang oa ho ntho efe kapa efe. Ka mor'a moo, mathomo phatsa fisiks lokela ho hlalosa e ne e le thepa ea likaroloana bona, hammoho le sebelisana bona.

E tsokoang mosebetsi wa linomoro quantum

Erwin Schrödinger entse ho makatse le hitherto hlaka se qalang (ka lebaka la Pol hae hamorao Dirak haha khopolo ea hae). O ile a bontša hore puso ea phatsa efe kapa efe mathomo, ho etsa mohlala, e hlalosa taba e le elektrone e tsokoang mosebetsi ψ. Ka boeona, ha ho bolele letho, empa ho tla Square kgonego ya fumana e le elektrone e ka ntlha filoeng sebaka. Ka boemong boo ba likaroloana tsa motheo ka athomo (kapa tsamaiso e 'ngoe) e hlalositsoeng ke linomoro tse' nè quantum. Sena se ka sehloohong (n g), orbital (l), matla a khoheli (limithara) le ho ohla (limithara _s) linomoro. Ba bontša thepa ea likaroloana tsa motheo. E le papiso e, o ka tlisa-ea le literata oli. litšobotsi tse lona - boima ba 'mele, boholo, mebala le dikahare mafura. Leha ho le joalo, le thepa eo ka hlalosa likaroloana tsa motheo, a ke ke a utloisisa intuitively, ba lokela ho li ela hloko ka tlhaloso ea lipalo. Mosebetsi Dirac abel ke - a bua haholo ka sehlooho sena se e nehetsoeng e qetellang, palo ea ho ohla.

ho ohla

Pele ba tsoela pele ka ho toba ho abel, e ke ho hlokahala hore ho hlalosa hore na le bolela ho ohla palo limithara _s. E bontša eo e leng ya angular botsitso ba le elektrone e le likaroloana tse ling tsa motheo. palo ena e dula e ntle 'me ka e nkang e boleng palotlalo, lefela kapa boleng halofo (bakeng sa _{limithara' s} = 1/2 elektrone). Ho ohla - boholo vector le 'ngoe feela e hlalosang ho tlwaetsa elektrone e. Quantum khopolo ea tšimo beha ohla motheong oa sebelisana phapanyetsano, eo ha e na molekane ka nyenyenyane ka kakaretso ya ka tlhago fela. Ho ohla palo bontša kamoo vector lokela ho retelehela ho tla boemo ba bona ba pele. mohlala e ne e tla ba ba tloaelehileng bolo-ntlha pene (ngola karolo tla etsa hore tataiso e ntle ea vector ho). Hore o ile a puso ea pele, ho ke ke ho hlokahala hore ho etsa likhato 360. Boemo bona bo tšoana le ea mokokotlo oa 1. Ha halofo morao, e le elektrone chenchana e lokela ho ba likhato tse 720. Ho joalo, ho phaella ho intuition thuto ea lipalo, e tlameha ebe ba le ho nahana tlhaloganya sebaka ho utloisisa thepa ena. Feela ka holimo a ileng a sebetsana le mosebetsi e tsokoang. Ke se seholo "motšoantšisi" Schrodinger abel ke e hlalosang boemo bo le boemong ba ho likaroloana tsa motheo. Empa le kamano ena e foromo ka eona qalong e ne a rerile hore likaroloana spinless. Hlalosa boemo ba elektrone ea ka feela tšoare haeba generalization tsa Schrödinger abel, eo e se e etsoa ka mosebetsi oa Dirac.

Bosons le fermions

Fermion - likaroloana le halofo palotlalo ohla boleng. Fermions ba lokisetsa ka mekgwa ya (mohlala liathomo) ho ea ka Pauli kenngwe molao-motheo: ho e mong le e boemo e lokela ho ba ha ho ho feta feta a le mong phatsa. Kahoo, e mong le e le elektrone e ka athomo e batla e fapane le batho ba bang kaofela (ba bang ba dinomoro quantum na le moelelo o fapaneng). Quantum khopolo ea tšimo hlalosang nyeoe e 'ngoe e' ngoe - bosons. Ba na le ho ohla, 'me bohle ba ka ka nako e ka boemo e tšoanang. Phethahatso ea nyeoe ena e bitsoang Bose-Einstein condensation. Ho sa tsotellehe ho hloka leeme hantle a tiisa monyetla mogopolofela ho e fumana, e le hantle o atlehe ka 1995 feela.

Dirac abel

Ha re ntse re re ka holimo, Pol Dirak nkiloeng e abel tsa naha classic elektrone. Ho e boetse e hlalosa boemo ba fermions tse ling. Ka kutloisiso e 'meleng oa kamano e rarahaneng le e litsobotsi li ngata,' me ka lebaka la sebopeho lona e lokela ho ba e ngata liqeto tsa motheo. Foromo ya abel ke e latelang:

- (mc ² α _{0 + ka c Σ e bzlmeet leq bzlmeet {} bzlmeet = 0-3}) ψ (: x, 't) = kea H {∂ ψ / ∂ sa t (: x,' t)},

moo m - boima ba fermions (haholo-holo dieleketerone), e c - lebelo la leseli, leq _K - lisebelisoa tse tharo botsitso motsoako (ka lilepe: x, featswan, med), H - kuta Planck e sa khaotseng, x, le sa t - tse tharo hokahanyang tlhaloganya sebaka (tsamaisanang le lilepe X , Y, Z) le nako, ka ho latellana, le ψ (: x, 't) - chetyrohkomponentnaya rarahaneng tsokoang mosebetsi, α _{bzlmeet (K} = 0, 1, 2, 3) - Pauli popeho. Ea bobeli ke guttate lisebelisoa hore ho sebetsa ka mosebetsi tsokoang le sebaka lona. moralo Sena ke e rarahaneng haholo. Ho utloisisa bonyane metsoako e, e ke ho hlokahala hore ho utloisisa litlhaloso tsa motheo tsa quantum nyenyenyane. O lokela hape rua ka tsela e hlollang tsebo thuto ea lipalo ho bonyane tseba hore na vector, popeho, le opareitara. Setsebi foromo ya abel ho re le ho feta ho feta metsoako e. Monna e mong ea rutehileng fisiks ea nyutlelie le quantum nyenyenyane tseba, ho utloisisa bohlokoa ba ho kamano ea bona. Leha ho le joalo, re lokela ho lumela hore ho Dirac abel le Schrödinger - feela melao-motheo ea mathomo ea tlhaloso thuto ea lipalo tsa dithulaganyo le tse etsahalang le lefatseng la tsa bongata quantum. borathutamahlale mogopolofela, ba entse qeto ea ho nehela ka boeena o ho likaroloana tsa motheo le ditshebeditsano bona, ba lokela ho utloisisa motheo oa likamano tsena ka tekanyo ea pele le ea bobeli. Empa saense ea ena e hlollang, 'me ho ke ke sebakeng sena se ka etsa hore le katleho e kholo kapa ho ntšetsa lebitso la hae, le ba abela eona ho abel, ho sokoloha kapa thepa.

Se boleloang ke 'meleng abel ho

Ha re ntse re ile a tšepisa, re bolella seo liqeto pata 'ho Dirac abel bakeng elektrone e. Pele, mabapi le sena e ba e hlakileng hore le elektrone e le ho ohla ke ½. Tabeng ya bobedi, ho ea ka abel e, elektrone e na le sebōpeho sa motheo sa matla a khoheli motsotso. Ho lekanang le Bohr magneton (mong mathomo a khoheli a motsotsoana). Empa lebaka bohlokoa ka ho fetisisa oa ho fumana karo-karolelano ena larileng ka patehileng opareitara e α _K. Qetello ea Dirac abel tswa Schrödinger abel o ile a nka nako e telele. Dirac qalong nahana hore lisebelisoa tsena sitisa setsoalle seo. Ka thuso ea maqheka fapaneng thuto ea lipalo a leka ho qhelela ka thōko ba se ke ba abel, empa ha aa ka a atleha. Ka lebaka leo, ho Dirac abel bakeng sa likaroloana mahala e kenyeletsa α mane opareitara. E mong le e ba bona ba emela ka popeho [-4x4]. Tse pedi tsamaisana le boima bo nepahetseng le elektrone e, e leng bopaki ba hore ho na le litokisetso tse peli tsa ho ohla lona. Batho ba bang ba babeli ba fane ka tharollo bakeng sa boima likaroloana negative. Tsebo ho fetisisa tsa motheo tsa fisiks fana ka motho ho etsa qeto ea hore ho ke ke ha khoneha ka ntho ea sebele. Empa ka lebaka la teko ha e ne e ile ka fumana hore ho matrices peli tsa ho qetela ke tharollo ea ho likaroloana le teng, elektrone ea fapaneng le --ba khahlanong le elektrone. E le elektrone, positron (jwalo bitsoa phatsa ena) e na le boima, empa qoso e khothatsang.

positron

Nako le nako se ile sa etsahala mehleng ea tse sibolotsoeng tsa quantum Dirac qalong ba ne ba sa lumela bona liqeto mong. Ha aa ka a iteta sefuba ho pepenene phatlalatsa bolela lintho esale pele a phatsa e ncha. Leha ho le joalo, a 'maloa a lipampiri le symposia ka litsebi tse sa tšoaneng ba hatisa ka monyetla oa ho ba teng ha eona, le hoja e e sa postulated. Empa kapele ka mor'a hore a khaotsa ho tsuba ena karo-karolelano positron tummeng ile ha fumanoa ka mahlaseli a bokahohleng. Kahoo, teng e se e ile a tiisa empirically. Positron - pele fumana batho antimatter elements. Positron tsoaloa e le para e 'ngoe mafahla (ho mafahla a mang - ke elektrone) ka sebelisana tsa photons le cores phahameng haholo eneji, le ntho ka tšimo matla motlakase. Fana ka lipalo re tla se (le 'mali thahasello tla fumana ka boeena o tlhahisoleseding yohle hlokahala). Leha ho le joalo, ho ke ke bohlokoa ho hatisa hore ena ke ka tekanyo e bokahohleng. Ho hlahisa hlokahalang photons eneji, le ka feela supernova ho phatloha 'me a thulana galactic. ba boetse ho na le a 'maloa a leng ka nuclei ba linaleli chesang, ho akarelletsa le letsatsi. Empa motho ea kamehla atisa ho molemong oa hae. The pheliso ea taba le antimatter fana e ngata matla. Ho thibela mokhoa ona le ho beha e molemong oa moloko oa batho (ka mohlala, e ne e tla dienjini o atlehang oa likepe interstellar ho pheliso), batho ba ithutile ho etsa protons ka laboratoring.

Ka ho khetheha, accelerators kgolo (tse kang LHC) ka bopa elektrone-positron para. Pele hape ho 'nile ha etsa tlhahiso ea hore ho na le, e seng feela sa mathomo antiparticles (ho phaella ho elektrone ba tse seng kae eketsehileng), empa antimatter eohle. Esita le eteni nyenyane ea kristale efe kapa efe ya antimatter tla fana ka matla a lefatše (mohlomong Kryptonite Superman ne antimatter?).

Empa ka ho re oho, ho ne ho bōptjoa nuclei antimatter a boima ho feta hydrogen ha e so tlalehiloeng ka bokahohle tsebahalang. Leha ho le joalo, haeba mali a nahana hore ho sebelisana ea taba (hlokomele, ke ntho, e seng tsa elektrone e le 'ngoe) le positron pheliso hang-hang e qetella, o fositse. Ha positron deceleration ka phahameng lebelo ka bang sephalli le batho bao e seng lefela kgonego hlaha amanang le elektrone e-positron para, e bitsoang positronium. sebopeho ena e na le ba bang ba thepa ea athomo esita le bokhoni ba ho kena lik'hemik'hale. Empa ho na le ena boitjarong tandem nakoana ebe ntse li ripitla le mohlapo tse pedi, le maemong a mang, 'me ea gamma mahlaseli tse tharo.

go tlhoka mesola ya abel ho

Ho sa tsotellehe ha e le hantle e le hore ka kamano ena ho ile ha fumanoa ka-ba khahlanong le elektrone le antimatter, e na le drawback bohlokoa. Ngola ditekanyo le ea mohlala haha thehiloeng ho eona, ke sa khone ho bolela esale pele kamoo likaroloana li hlahile le ho timetsoa. Ena ke ikhanyetsa ikhethang tsa lefatše quantum: khopolo eo, a bolela esale pele a tsoaloa lipara taba-antimatter, ke sa khone ho ho lekaneng hlalosa mokhoa ona. mosing ena e se e felisitsoe ka khopolo quantum tšimo. Ke e hlahisang quantization tsa masimo, ea mohlala ena e hlalosa sebelisana bona, ho akarelletsa ho bōptjoa le pheliso ea likaroloana tsa motheo. Ke "quantum khopolo ea tšimo" tabeng ena e bolela e itseng haholo telele. Sena ke sebaka sa fisiks hore o ithuta boitšoaro ba masimo a quantum.

abel Dirac ka hokahanyang cylindrical

Ho qala, a ke ua tseba hore na cylindrical hokahanya tsamaiso. Ho ena le ho e tloaelehileng a mararo lilepe baa perpendicular ho fumana hore na sebaka se nepahetseng hantle sa ntlha ka sebaka sebedisa angle, e radius le bophahamo. Sena ke e tšoanang ka Polar hokahanya tsamaiso e khopo ka sefofane, empa a phaella ka ho teba ka boraro - bophahamo. tsamaiso ena na le thuso ha u batla ho hlalosa kapa ho fuputsa holim'a ditshwani ka a selekane 'ngoe. Quantum nyenyenyane ke thusa haholo 'me nago le mohola sesebelisoa hore ka fokotsa boholo ba palo ea mekhoa le balelela. Sena ke ka lebaka la axial setshwani tsa elektrone leru athomo e. The Dirac abel bo rarolohile ka hokahanyang cylindrical hanyenyane ka tsela e fapaneng ho tloaelehileng tsamaisong ea, 'me ka linako tse ling e hlahisa liphello tse sa lebelloang. Ka mohlala, ba bang dikopo le bothata ba ho laola boitšoaro ba likaroloana tsa motheo (hangata dieleketerone) ka quantized fetola mofuta tšimo rarolloa ditekanyo ho etelloa cylindrical.

Sebelisa ditekanyo ho fumana hore na sebōpeho sa particulate ho

abel ena e hlalosa likaroloana tsa motheo: tseo tse sa bopilwe likarolo esita le tse nyenyane. saense ea kajeno o khona ho lekanya linako khoheli a ka ho nepahala e phahameng. Kahoo, mismatch ho bala sebedisa Dirac abel makgabane experimentally lekanya motsotso a khoheli a tla tsela e sa tobang a bontša sebōpeho rarahaneng ya likaroloana ka. Hopola, abel ena e sebetsa ho fermions, bona halofo palotlalo ho ohla. sebopeho rarahaneng ea protons le neutron ile tiisoa ke ho sebelisa abel ena. E mong le e ba bona ba na le metsoako esita le tse nyenyane tse bitsoang quarks. Gluon tšimo tšoere quarks hammoho, a sa lumelle ba oela kantle. Ho na le khopolo e quarks - ha se le likaroloana tse ngata tsa motheo tsa lefatše la rōna. Empa hafeela batho ha ba na ka ho lekaneng bokgoni botekgeniki ho netefatsa sena.