Созданная
в 1925-1926 гг. квантовая теория имела существенный недостаток: она была
нерелятивистской, в ней не соблюдались принципы относительности и предельности
скорости света.
В
1928 г. Поль Дирак устранил этот недостаток. Он предложил описывать электрон
новым уравнением, которое учитывало равноправие времени и пространственных
координат, диктуемое теорией относительности.
Однако
при этом волновая функция оказалась четырёхкомпонентной. Две из них
соотносились с двумя возможными проекциями спина. А как же две оставшиеся?
Анализ показывал, что им соответствовала отрицательная энергия. И не просто
отрицательная, как у электрона в атоме водорода, а настоящая энергетическая
пропасть, простирающаяся до бесконечности, в которую могла бы провалиться
целиком Вселенная. И хотя уравнение Дирака превосходно объясняло все имевшиеся
в то время экспериментальные данные, проблема отрицательной энергии оставалась
нерешённой. Сначала предположили, что две неопознанные компоненты каким-то
образом описывают протон (ядро атома водорода). Но выяснилось, что частица,
соответствующая второй паре компонент, по массе должна быть в точности равна
электрону; протон же в 1836 раз тяжелее электрона.
Позднее
Дирак выдвинул гипотезу: все состояния, соответствующие отрицательным энергиям,
изначально заполнены электронами («море Дирака»), т. е. энергетическая пропасть
полна и провалиться некуда. Само «море» ненаблюдаемо, но если из него выбить
электрон (например, с помощью фотона достаточно высокой частоты), то,
во-первых, будет виден сам электрон, а во-вторых, оставшаяся в «море» дырка
поведёт себя как реальная частица, отличающаяся от электрона только
противоположным знаком заряда - антиэлектрон. Это явление называют рождением
пары частица - античастица (в данном случае электрон - антиэлектрон). Обратный
процесс произойдёт, когда электрон столкнётся с дыркой: он заполнит её и станет
ненаблюдаемым (дырка и электрон сольются), а вся энергия пары (включая их
энергию покоя) перейдёт в энергию электромагнитного излучения. Так аннигилирует
пара частица ~ античастица.
В
1932 г. американецu Карл Андерсон (1905-1991) обнаружил в космических лучах
частицы с положительным зарядом и массой, в точности равными по величине заряду
и массе электрона. Позитроны, как их назвал Андерсон, и есть предсказанные
Дираком антиэлектроны. Правда теория дырок продержалась не долго, хотя все её
выводы верны. После создания более или менее последовательной квантовой
электродинамики в конце 40-х гг. ненаблюдаемое «море Дирака» оказалось
ненужным, однако уравнение Дирака, наполненное новым содержанием, осталось
незыблемым. Это уравнение годится не только для электрона, но и для любой
частицы со спином 1/2, например для протона. Выводы о существовании
античастицы, рождении и аннигиляции пар справедливы и для протонов. Впрочем,
проверка этих выводов сильно затянулась. Если Эрнест Резерфорд открыл протон
ещё в 1919 г., то Эмилио Сегре (1905-1989) и Оуэн Чемберлен (родился в 1920 г.)
обнаружили антипротон лишь в 1955 г. Кроме электронов и протонов есть другие
микрочастицы; для каждой из них существуют свои релятивистские уравнения.
Прежде всего это фотоны, которые изначально описываются релятивистскими уравнениями
Максвелла. Далее, есть частицы, не имеющие собственного момента импульса (с
нулевым спином), в первую очередь нейтрон. Такие частиuы описываются уравнением
Клейна - Гордона. Ешё один тип уравнений - уравнения Вейля, которые относятся к
очень своеобразным частицам - нейтрино, имеющим нулевую массу, но при этом спин
1/2. Не исключено, однако, что у нейтрино есть масса. Тогда его уравнение
движения - всё то же уравнение Дирака.
Другие работы по теме:
Держава та її соціально економічні функції
Особлива роль держави у суспільстві. Розкриття співвідношення між функціонуванням ринку як саморегулюючого механізму і мірою впливу держави та її органів на економічні процеси. Характеристика політичної, соціальної, міжнародної та економічної функцій.
Влияние различных факторов на процессы флокуляции
На скорость и эффективность процесса флокуляции существенное влияние оказывают многие факторы: концентрация частиц и свойства их поверхности, растворенные в воде примеси, перемешивание, последовательность введения коагулянтов и флокулянтов и др.
Главные направления философской мысли
Представление в виде "универсала" "абсолютной" идеи", дающей жизнь всему остальному многообразию мира согласно "линии Платона". Разрешение дилеммы "материя-сознание" в истории философии согласно теории Беркли. Содержание концепции материализма Демокрита.
Шкала электромагнитных волн.
Название диапазона Длина волны (м) Частота (Гц) Источник Индикатор Основные свойства Применение Действие на человека 1. Радиоволны 3Ч10 Переменные токи в проводниках и электронных потоках, генератор радиочастот (Солнце, звёзды, галактики, метагалактики)
Измерение физических величин
Цель: изучить элементарные сведения о видах измерений и оценке их точности Оборудование: штангенциркуль, микрометр, объект измерений Краткая теория:
Элементарные частицы в виде корпускул и волн и модель атома
Основные принципы действия электронных, ионных и полупроводниковых приборов. Движение свободных частиц. Четыре группы частиц, используемых в полупроводниковых приборах: электроны, ионы, нейтральные атомы, или молекулы, кванты электромагнитного излучения.
Лекция по Физике 2
Составил Бабичев С.А. Лекция №1 Тема: Введение в предмет. Разделы физики. Физические законы и системы единиц. Элементы векторной алгебры. Производная и интеграл при решении физических задач.
Полевые модели элементарных частиц
Теория показывает, что, если учитывать квантовый характер возмущений поля, то можно построить и рассчитать не только дискретные поперечные электромагнитные волны (возмущения) - фотоны, но и остальные элементарные частицы.
Эти совсем не элементарные частицы
Квантовая хромодинамика (КХД), являющаяся собой попытку развить внутреннюю структуру элементарных частиц посредством математического формализма унитарной симметрии SU(3) теории групп, возникла на выводах теории относительности.
Хронические гепатиты
Гепатит - воспаление паренхимы печени (гепатоциты) и стромы (звездчатые эндотелиоциты, или купферовские клетки).
Постановка реакции ПЦР
Рассмотрение условий, задач и функций лаборатории иммунологического типирования тканей. Ознакомление с процедурой выделения ДНК из венозной крови. Особенности приготовлений и ход реакции полимеразной цепной реакции: денатурация, отжиг, элонгация.
Гепатит В. Антигены и антитела
Диагностика гепатита В в основном основана на определении антигенов вируса. От того, какие антигены и антитела были найдены у больного, зависит течение гепатита (острая или хроническая форма), его активность, заразность больного для окружающих.
О возможной причине гравитации и следствиях из нее
Рассматривается гравитационное взаимодействие пробного тела и массивного тела конечных размеров. В модели гравитации используется представление о гравитонах как о мельчайших частицах со слабым взаимодействием с веществом ("гравитонная гипотеза").
Черные дыры и элементарные частицы
История исследования черных дыр. Черные дыры и их свойства. Элементарные частицы. Кандидаты в черные дыры. Квазары - сверхмассивные черные дыры.
Элементарные частицы. Ускорители
Исторически термин элементарные частицы был введен для тех частиц, которые считались неделимыми и бесструктурными, и из которых построена вся материя.
Алавиды
Алавиды (перс. سلسله علویان طبرستان) - шиитский эмират, базировавшийся в Табаристане (Иран). Алавиды являлись потомками второго шиитского имама Хасана Ибн-Али. Они принесли ислам в район Ирана к югу от Каспийского моря.
Нарваэс, Рамон Мария
Рамон Мария Нарваэс (исп. Don Ramуn Marнa de Narvбez y Campos, 1. Duque de Valencia) (1800-1868) - испанский государственный деятель, генерал с 1836, герцог де Валенсия с 1844.
Превосходство белых
— идеология о том, что белые люди превосходят других людей расовых особенностей. Этот термин также используется для описания политической идеологии которая выступает за доминантную роль белых политической и социальной сферах.
Президентские выборы в США 1852
Президентские выборы 1852 года проходили во многом по сходному сценарию с выборами 1844 года. Демократ Франклин Пирс был избран 14-м президентом США.
Президентские выборы в США 1832
президентских выборах в США 1832 года президент Эндрю Джексон легко одержел победу над претендентом от Национальной республиканской партии Генри Клэем, получив 219 голосов выборщиков из 286 возможных.
Минералогия золота и серебра и их отношения
Самородное золото как самая значительная золотосодержащая фаза большинства золотых эпитермальных месторождений. Химия серебра и золота. Золото в орштейновых (почвенных) концентратах. Отношения золота к серебру. Относительная растворимость комплексов.
Слабые взаимодействия – сильные воздействия
Увидев в заголовке статьи термин «слабые взаимодействия», возможно, кто-то подумает, что речь пойдет об элементарных частицах. Не знаю, разочарую я их или нет, но далее никакого упоминания об элементарных частицах не будет.
Концепция микромира и квантовая механика
Концепция микромира и квантовая механика Сущность квантовой механики и границы ее применимости Для описания явлений микромира обычно привлекают квантовую механику (иногда ее еще называют волновой механикой). Квантовой механикой называют теорию, устанавливающую способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем (например, кристаллов), а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте.
Современная научная картина мира 2
СОВРЕМЕННАЯ НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА. Познание мира человеком есть диалектически сложный и противоречивый процесс, творческий по своему характеру. До 1873 г. господствовала механическая картина мира, которая сменилась релятивистской картиной мира. Первым шагом на пути построения новой научной физической картины мира явилась гипотеза М.Планка: атомы излучают свет дискретными порциями, квантами.
Евгений Дюринг (During)
Евгений Дюринг (During) (1833–1921) – немецкий философ и экономист, профессор механики. Основные работы: «Курс философии» (1875), «Критическая история национальной экономии и социализма» (1875), «Логика и теория науки» (1878).