Fizika dažnai suvokiama kaip kartais sudėtinga disciplina, ypač tiems, kurie neturi specifinio išsilavinimo; nors jos žavesys yra neabejotinas, sudėtingų teorijų supratimas – kaip tą, kurią išreiškia Dirako lygtis – ir atitinkamų formulių taikymas įvairiuose kontekstuose yra tikras iššūkis.
Laikoma viena iš sunkiausiai suprantamų, jei ne pritaikomų, kvantinės fizikos srityje, Dirako lygtis aprašo fermionų elgesį taip elegantiškai, kaip ir sudėtingai. Šiame straipsnyje siekiame atskleisti jos paslaptis, siūlydami paprastą ir intuityvų jos reikšmės ir taikymo paaiškinimą.
Tačiau prieš gilindamiesi į formulės analizę, būtina geriau pažinti žmogų, kuris su tokiu genialumu ją suformulavo: Paul Dirac.
Kas yra Paul Dirac
Paul Adrien Maurice Dirac buvo britų fizikas, gimęs XX amžiaus pradžioje iš šveicariškos kilmės šeimoje, kuri labai vertino išsilavinimą.
Nuo jauno amžiaus jis parodė natūralų polinkį į matematikos ir fizikos mokslus, todėl buvo priimtas į geriausias to meto institucijas, įskaitant Bishop Road Junior School Bristolyje, Merchant Venturers Technical College ir Engineering College.
Jo talentas greitai buvo pripažintas: 1932 m. jis tapo matematikos profesoriumi Kembridže, patvirtindamas savo vaidmenį kaip fizikos pionierius.
Formulė, kuri gavo jo vardą: Dirako lygtis
Tuo metu mokslai pradėjo įsitvirtinti; daugelis mokslininkų ir teoretikų formulavo dėsnius, kurie galėtų aprašyti gamtos fizinius reiškinius, tačiau visi turėjo trūkumų.
Dirako lygtis buvo suformuluota siekiant patobulinti Klein-Gordon lygtį, kuri neatsižvelgė į vieną iš pagrindinių kvantinių dalelių savybių: sukimą!
Dalelės yra veikiamos sukimo, tai yra kvantinė savybė, kuri gali turėti skirtingas vertes ir keistis laikui bėgant.
(i∂–m)ψ=0
Tai yra Dirako lygties formulė, kuri, žiūrint į ją, sąžiningai kelia tik baimę ir siaubą, be to, verčia jaustis šiek tiek neišmanančiais; tačiau kartais pakanka žinoti simbolių reikšmės pagrindus, kad suprastum jų reikšmę.
Verčiant formulę į žodžius, turime, kad: „m” reiškia masę ir yra akivaizdžiai neigiama, „∂” yra išvestinė, prieš kurią yra „i”, reiškianti įsivaizduojamą kiekį.
Elektronai buvo naudojami paaiškinti šių mikrodalelių elgesį, kai jos keliauja arti šviesos greičio, tačiau šį kartą atsižvelgiant ir į sukimo savybę, kurią Klein-Gordon buvo praleidęs.
Dirako lygties formulė išversta į teoriją
Formulė sako, kad: jei dvi sistemos sąveikauja tarpusavyje tam tikrą laiką ir tada yra atskiriamos, jos nebegali būti aprašomos kaip dvi atskiros sistemos, bet kažkaip tampa viena sistema.
Kitaip tariant, tai, kas atsitinka vienai iš jų, toliau veikia kitą, net jei jos yra atskirtos kilometrais ar šviesmečiais.
Štai kodėl dažnai girdime kalbant apie „Dirako meilės teoriją„, tačiau iš tikrųjų ji neturi nieko bendra su jausmais, nors kai kas tiki, kad fizikas turėjo poeto širdį.
Kitas svarbus pastebėjimas yra tas, kad Dirako lygtis galioja tik mikrodalelėms, kurios gali laisvai judėti tarpžvaigždinėje erdvėje ir neturi sąveikos su kitomis dalelėmis ar laukais.
Kam mums reikalinga Dirako lygtis?
Dirako lygtis yra esminis įrankis, leidžiantis tiksliai ir nuosekliai aprašyti pagrindinių dalelių, fermionų (subatominių dalelių, pasižyminčių pusiau sveiku sukimu, pavyzdžiui, 1/2, 3/2 ir kt.), elgesį, integruojant kvantinės mechanikos ir reliatyvumo principus.
Ji ne tik paaiškina, kaip juda tokios dalelės kaip elektronas, bet ir atvėrė kelią antimaterijos atradimui, atskleidžiant stebinančius materijos ir energijos prigimties aspektus. Apibendrinant, Dirako lygtis yra modernios fizikos pagrindas, kuris ir toliau veda tyrimus ir inovacijas dalelių fizikos srityje.
