Fizica este adesea percepută ca o materie uneori abstrusă, mai ales pentru cei care nu au o pregătire specifică; pe de o parte, farmecul său este incontestabil, pe de altă parte, înțelegerea teoriilor complexe – cum ar fi cea exprimată de ecuația lui Dirac – și aplicarea formulelor aferente în diverse contexte reprezintă o adevărată provocare.
Considerată printre cele mai dificile ecuații de înțeles, dacă nu de aplicat, în domeniul fizicii cuantice, ecuația lui Dirac descrie comportamentul fermionilor într-un mod atât de elegant cât și sofisticat. În acest articol, ne propunem să dezvăluim misterele sale, oferind o explicație simplă și intuitivă a semnificației și aplicațiilor sale.
Dar înainte de a ne adânci în analiza formulei, este necesar să cunoaștem puțin mai bine omul care, cu atâta genialitate, a formulat-o: Paul Dirac.
Cine este Paul Dirac
Paul Adrien Maurice Dirac a fost un fizician britanic, născut la începutul secolului XX din origini elvețiene, într-o familie care acorda o mare importanță educației.
Încă de tânăr a manifestat o înclinație naturală pentru științele matematice și fizice, atât de mult încât a fost admis în cele mai bune instituții ale vremii, printre care Bishop Road Junior School din Bristol, Merchant Venturers Technical College și Engineering College.
Talentul său a fost recunoscut rapid: în 1932 a devenit profesor de matematică la Cambridge, confirmându-și rolul de pionier în domeniul fizicii.
Formula care a luat numele său: ecuația lui Dirac
În acea perioadă, științele începeau să câștige teren; mulți cercetători și teoreticieni formulau legi care să descrie fenomenele fizice naturale, dar toate aveau imperfecțiuni.
Ecuația lui Dirac a fost formulată în încercarea de a perfecționa ecuația lui Klein-Gordon, care nu lua în considerare una dintre caracteristicile principale ale particulelor cuantice: spinul!
Particulele sunt supuse spinului, adică o proprietate cuantică ce poate avea diferite valori și se poate schimba în timp.
(i∂–m)ψ=0
Aceasta este formula ecuației lui Dirac care, văzută așa, sincer, provoacă doar frică și teroare, pe lângă faptul că ne face să ne simțim puțin ignoranți; dar uneori este suficient să cunoaștem bazele semnificației simbolurilor pentru a-i înțelege sensul.
Traducând formula în cuvinte, avem că: „m” reprezintă masa și este evident negativă, „∂” este derivata precedată de „i” care reprezintă o cantitate imaginară.
Electronii au fost utilizați pentru a explica comportamentul acestor microparticule când călătoresc aproape de viteza luminii, luând în considerare de această dată și spinul pe care Klein-Gordon l-a omis.
Formula ecuației lui Dirac tradusă în teorie
Formula spune că: dacă două sisteme interacționează între ele pentru o anumită perioadă de timp și apoi sunt separate, nu mai pot fi descrise ca două sisteme distincte, ci într-un fel, devin un singur sistem.
Cu alte cuvinte, ceea ce se întâmplă cu unul dintre ele continuă să influențeze celălalt, chiar dacă sunt la distanțe de kilometri sau ani-lumină.
Iată explicat de ce auzim adesea vorbindu-se despre „Teoria iubirii lui Dirac„, dar care de fapt nu are nicio legătură cu sentimentele, deși cineva este convins că fizicianul avea o inimă de poet.
O altă considerație importantă de făcut este că ecuația lui Dirac este valabilă doar pentru microparticulele libere să se miște în spațiul intergalactic și fără interacțiuni cu alte particule sau câmpuri.
La ce ne folosește ecuația lui Dirac?
Ecuația lui Dirac este un instrument esențial care ne permite să descriem în mod precis și coerent comportamentul particulelor fundamentale, fermionii (particule subatomice caracterizate de un spin semi-întreg, de exemplu, 1/2, 3/2, etc.), integrând principiile mecanicii cuantice cu cele ale relativității.
Nu doar că explică modul în care se mișcă particule precum electronul, dar a deschis și calea către descoperirea antimateriei, dezvăluind aspecte surprinzătoare ale naturii materiei și energiei. În sinteză, ecuația lui Dirac este un pilon al fizicii moderne care continuă să ghideze cercetarea și inovația în domeniul fizicii particulelor.
