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 Дир
Похожие работы
... о биологической причинности. Ряд феноменов, которые витализм считал специфическими для биологических объектов (способность к саморегуляции, усложнение строения, достижение одного результата разными способами) рассматриваются в современном естествознании как типичные проявления процессов самоорганизации любых достаточно сложных систем, а не только живых. Н.Бор: “ни один результат биологического ...
... Замечат. С.: Полемон, Герод Аттик, Аристид, Либаний. Ср. Schmid, "Der Atticismus in seinen Hauptvertretern" (1887-97). 17. Принцип детерминизма в философии. Индетерминизм. Детерминизм (от лат. determino - определяю), философское учение об объективной закономерной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений материального и ...
... вещей (»арден 1987: 53-68, Назаретян 1991: 60, Абдеев 1994: 150- 160). Атрибутивная концепция информации - информация как мера упорядоченности структур и их взаимодействий на всех стадиях организации материи (Абдеев 1994: 162). Одна из самых сложных проблем современного естествознания - функционирование отражения в неживом мире (существует ли в неживом мире опосредующее звено между ...
... знание, а другой - знание об именах вещей. Источник этого второго опыта - ум, который сводится, таким образом, к способности именования вещей и связывания имен, то есть правильною употребления слов. Предметом философии Гоббс считает тело, возникновение которого мы можем постичь с помощью научных: понятии. Что же касается духовных субстанции, то, даже если бы они и существовали, они были бы ...
0 комментариев