保羅·阿德里安·莫里斯·狄拉克,OM,FRS(英語:Paul Adrien Maurice Dirac,1902年8月8日-1984年10月20日)簡稱狄拉克。
在現代物理學裡,狄拉克方程是一個無法忽視的存在,因為它開闢了一個新的領域,叫相對論性量子力學,是量子力學與狹義相對論的第一次融合,狄拉克方程還預言了反物質的存在,可以說是物理學中無法忽視的一個公式。
我們知道,20世紀科學界最激烈的兩大主流,就是量子力學與相對論,量子力學這邊是以哥本哈根學派老大玻爾為首,包括了海森堡、泡利等人,而愛因斯坦這邊的支持者就包括德布羅意、薛定諤等人。
比較好玩的是,無論是愛因斯坦、德布羅意還是薛定諤都在有意無意中對量子力學的發展做出了貢獻。
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薛定諤方程後來玻恩更是提出概率幅的概念,成功地解釋了薛定諤方程中波函數的物理意義。可是,薛定諤本人不贊同這種統計或概率方法,和它所伴隨的非連續性波函數坍縮。薛定諤更加無法容忍,自己提出的薛定諤方程居然為量子力學做了嫁衣。
那狄拉克方程到底在做什麼,狄拉克方程就是薛定諤方程改成用相對論的型式來描述,一但改成相對論的型式來描述,就會發現竟然有負的能級。狄拉克方程為了解釋負能級,還提出了狄拉克之海。因為狄拉克方程可解出自由電子的負能級,按能量最低原理,物質世界的電子都應躍遷到負能級上,由於電子是費米子,滿足泡利不相容原理,每一個狀態最多只能容納一個電子,物理上的真空狀態實際上是所有負能級都已填滿電子,同時正能態中沒有電子的狀態。因為這時任何一個電子都不可能找到能量更低的還沒有填入電子的能量狀態,也就不可能跳到更低的能量狀態而釋放出能量,也就是說不能輸出任何信號,這正是真空所具有的物理性質。物質世界就像是浸沒在負能級電子的海洋中,這就是狄拉克之海。
按照這個理論,如果把一個電子從某一個負能狀態激發到一個正能狀態上去,需要從外界輸入至少兩倍於電子靜止能量的能量。這表現為可以看到一個正能狀態的電子和一個負能狀態的空穴。這個正能狀態的電子帶電荷-e,所具有的能量相當於或大於一個電子的靜止能量。按照電荷守恆定律和能量守恆定律的要求,這個負能狀態的空穴應該表現為一個帶電荷為+e的粒子,這個粒子所具有的能量應當相當於或大於一個電子的靜止能量。這個粒子的運動行為是一個帶正電荷的「電子」,即正電子。狄拉克方程預言了正電子的存在。狄拉克之海也是對正電子存在的描述。
既然有正電子,也就是反電子,所以也有反中子反質子,就可以構成反物質,因為物質的基本結構是原子,當物質和反物質接觸在一起就會釋放出巨大的能量。這種現象我們稱為湮滅。所以現在大家知道薩諾斯的響指是一種反物質武器了吧,讓大家都灰飛煙滅。
歐洲核子中心CERN成功的製作出反氫原子,但是也只製作了9個反氫原子
其實有科學家說,這個宇宙起初是由無數物質和反物質構成的,物質和反物質只要一接觸,就會產生湮滅的現象。湮滅會釋放出距大的能量
產生的無數的正負電子對就是所謂的迪拉克之海,也就是構成這個世界的基礎。因為宇宙中物質遠多過反物質很多,所以未湮滅的物質構成了我們現在生活的這個世界。
狄拉克預言了正電子的存在,但是真正找到正電子的是一個叫安德森的人,下集我要講安德森是怎麼找到正電子的。
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