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198彩开户怎么样,“物理学中最神奇的方程式”:保罗·狄拉克如何

发布时间: 2023-08-07        来源:未知    浏览次数:

英国理论物理学家保罗·狄拉克 (Paul Dirac) 是量子物理学早期最重要的人物之一,198平台是菲律宾著名线上菠菜公司198彩开户怎么样,已经稳定成长发展达到3年多,实力不容小觑,这背后的原因必然是强大的财团以及技术人员鼎力相助造成的。,他与欧文·薛定谔 (Erwin Schrödinger) 一起获得了 1933 年的诺贝尔物理学奖。但直到 1927 年,这个安静但才华横溢的头脑才开始致力于寻找为了“漂亮的数学”,并在此过程中制定了后来成为他最伟大的成就之一的狄拉克方程。

在《你需要知道的一件事》一书的反物质章节摘录中,作者马库斯·乔恩解释了狄拉克不同寻常的方法和习惯如何帮助引导我们理解构成我们周围世界的基础物理学。

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大自然选择将其基本构建块的数量增加一倍。对于每个亚原子粒子,显然都存在具有相反性质(例如电荷)的“反粒子”。1927 年之前,没有人丝毫怀疑这样一个“反物质”世界的存在。但那一年,英国物理学家保罗·狄拉克写下了一个方程,描述了一个以接近光速运动的电子,并注意到它包含一些奇怪的东西。

狄拉克是量子理论的先驱之一,量子理论对原子及其成分的亚微观领域进行了革命性的描述。该理论调和了二十世纪上半叶实验中揭示的世界的两个看似矛盾的特征:原子及其类似物既表现为局部粒子又表现为扩散波的能力。1926 年,奥地利物理学家欧文·薛定谔将这一点封装在薛定谔方程中,该方程描述了在空间中传播的概率波。

薛定谔方程的问题在于它没有包含二十世纪物理学的另一场革命。爱因斯坦在1905 年的狭义相对论中表明,当质量物体接近光速时,空间和时间会发生奇怪的事情。尽管薛定谔方程在描述小原子中的电子时效果很好,原子核中只有少数质子的电力使其以远低于光速的速度运行,但在较重的原子中,有很多质子当原子核中的质子和电子以接近宇宙速度极限的速度旋转时,方程就失效了。我们需要的是一个与狭义相对论(相对论)兼容的方程,而这正是狄拉克着手寻找的。

保罗·阿德里安·莫里斯·狄拉克的黑白照片。 他留着黑色短发,留着小胡子,穿着细条纹西装。 他坐在一张舒适的椅子上,膝上放着一本书。

保罗·狄拉克坐在办公桌前。狄拉克方程是量子理论最基本的方程之一。(图片来源:贝特曼,盖蒂图片社)
狄拉克是一个奇怪的人,今天他可能会被诊断为患有自闭症谱系障碍。他又高又瘦,让人想起竹节虫,他的习惯是整周努力工作, 努力爱198彩时时彩平台,一定会有收获;因为198彩时时彩注册就送计画,我们希望198彩票注册网址出现奇迹。,周日在剑桥周围的乡村散步,穿着西装打领带爬上高大的树。毫不夸张地说,他是物理学界的斯波克先生。当一名学生在他的一次演讲中举手说:“‘狄拉克教授,我不明白黑板上的方程式’时,他回答说:‘这是一个评论,而不是一个问题’,”并继续他的演讲。演讲。

狄拉克研究物理学的方法与他的性格一样奇怪。其他物理学家寻找他们想要描述的现象的日常类比,然后试图将其封装在数学方程中,而狄拉克则有勇气简单地拿着笔和纸坐下来猜测方程的形式。狄拉克说:“我自己的一个特点是,我喜欢摆弄方程式,只是寻找美丽的数学关系,而这些数学关系可能根本没有任何物理意义。” “有时他们会这样做。”

“在所有物理方程中,也许最神奇的是狄拉克方程”

美国物理学家弗兰克·维尔切克
1927 年 11 月下旬,狄拉克在圣约翰学院简陋的房间里寻找“漂亮的数学”时,确实凭空得出了后来被称为狄拉克方程的东西。如今,它是伦敦威斯敏斯特教堂地板上刻着的两个方程之一。另一个是斯蒂芬霍金的黑洞温度方程。“在所有物理方程中,也许最神奇的是狄拉克方程,”美国物理学家 Frank Wilczek 说道(在 Graham Farmelo 所著的《 It Must Be Beautiful: Great Equations Of Modern Science》一书中(Granta,2003 年))。“它是最自由的发明,最少受到实验的限制,并且具有最奇怪和最令人震惊的后果。”

狄拉克发现不可能仅用数字来描述相对论电子的属性,例如其能量,因此不得不使用称为矩阵的二乘二数字表。这种“二元性”解释了电子的一个令人费解的特征。实验表明,粒子的行为就像以两种方式之一旋转:顺时针或逆时针。然而,如果电子真的在旋转,只有当它旋转得比光快时才能理解它的行为,而根据爱因斯坦的说法,这是不可能的。物理学家被迫得出结论:电子的“自旋”是一种全新的东西。这是一种内在的量子特性,在日常生活中是没有类似物的。狄拉克看到,它就在这里,不请自来地从他写下的公式中跳出来。“我的方程恰好给出了电子所需的属性,”狄拉克说。“这对我来说真是意外的收获,完全出乎意料。” 美国物理学家约翰·哈斯布鲁克·范弗莱克认为,狄拉克对电子自旋的解释堪比“魔术师从丝帽中变出兔子”。


旋转很奇怪。但狄拉克方程中出现的另一个方面甚至更奇怪。当狄拉克写下他的方程时,他注意到方程的机制奇怪地重复了。它似乎不仅描述了带负电的电子,还描述了与带正电的电子具有相同质量的粒子。当时,人们只知道三种亚原子粒子:原子核中的质子;原子核中的质子;原子核中的质子。绕原子核运行的电子;和光子,光的粒子。似乎没有必要再做一件了。即使是当时伟大的物理学家,如维尔纳·海森堡和沃尔夫冈·泡利,也认为狄拉克方程一定是错误的。然而,狄拉克是对的,而他们是错的,正如后来在距剑桥 8000 公里之外进行的一项实验所表明的那样。

1932 年,帕萨迪纳加州理工学院的美国物理学家卡尔·安德森 (Carl Anderson) 试图了解宇宙射线,昨天一个198彩平台玩家联系上了198彩总代理 ,总代理团队非常欣慰,于是送给他了一个大红包优惠奖励。,即来自太空的极高能粒子。他预计它们会撞击大气中的原子,并踢出电子。他推断,如果他能够测量这种喷射电子的能量,他就能掌握宇宙射线的能量。为此,他使用极强的磁场来弯曲电子,并推断,如果电子具有高能量,因此移动速度很快,那么它们在磁场附近停留的时间就会很少,并且弯曲的程度也不会比能量低的情况那么剧烈。精力并在那里度过了更多时间。

安德森通过“云室”使电子可见。在设备内部,沿着电子轨迹形成微小的水滴痕迹,他可以拍摄这些痕迹。1932 年 8 月 2 日,安德森制作了一张照相底片,并惊讶地发现电子质量的一个粒子被磁场以与电子相反的方式弯曲。他对狄拉克的预言一无所知。尽管如此,他还是偶然发现了狄拉克带正电的电子,他立即将这种粒子命名为“正电子”。