|
VI. A RELATIVITÁSELMÉLET ÉS A KVANTUMMECHANIKA
|
| bet | 7/11 | | Sana | 24.03.2017 | | Hajmi | 67.5 Kb. | | #2099 |
VI. A RELATIVITÁSELMÉLET ÉS A KVANTUMMECHANIKA
A mikrorészecskék (atomok, molekulák és még elemibb részek) fizikáját a 20. század másik nagy elmélete, a Heisenberg és Schrödinger által megalkotott kvantummechanika írja le. Ennek alapegyenletei nem tesznek eleget a relativitás elvének, annak ellenére, hogy az atomfizika jelenségeit általában jól leírják. Ennek az az oka, hogy az atomokban és molekulákban az elektronok sebessége viszonylag kicsi a fény sebességéhez képest. Paul Dirac angol elméleti fizikusnak sikerült összehangolnia a kvantumelméletet a relativitással. A róla elnevezett egyenlet a relativisztikus kvantummechanika mozgástörvényét fejezi ki. Ez az egyenlet Dirac eredeti célkitűzésén túl az elektronnak olyan fizikai sajátságait is tartalmazza, ami Diracot is meglepte. Például kiadódik belőle az elektron saját impulzus- és saját mágneses nyomatéka. De még ennél is fontosabb, hogy Dirac tisztán elméleti úton megjósolta, hogy kell létezni a természetben egy új részecskének, ami az elektrontól töltésének előjelében különbözik csupán. Ez az elektron antirészecskéje, amit néhány évvel később a kozmikus sugárzásban kísérletileg felfedeztek és pozitronnak nevezték el.
A Dirac-egyenlethez vezető gondolatmenetből és az egyenlet említett sajátságaiból (mint például a spinnek és mágneses nyomatéknak a helyes értéke) következik, hogy a Dirac-egyenlet nemcsak az elektronra, hanem minden ún. feles spinű részecskére egyaránt vonatkozik: így a protonra, a neutronra és a többi, később felfedezett feles spinű részecskékre is. (A feles spin azt jelenti, hogy a saját impulzusnyomaték értéke a h Planck-állandó 2π-ed részének a fele.). A napjainkban folyó kísérleti részecskefizikai kutatásokban mindennapos szereplők az antirészecskék. Nemcsak az alapkutatásokban, hanem az orvosi gyakorlatban is alkalmaznak pozitronokat fontos diagnosztikai eljárásokban. Ilyen berendezés például a pozitron emissziós tomográf (PET). Az antirészek igen jellegzetes sajátossága, hogy anti-társukkal találkozva megsemmisülnek, energiájuk átalakul gamma-sugárzássá. A PET-ben is ez történik: ennek alapján készítenek képet az emberi szervezet különböző részeiről. A Dirac-egyenletre és a pozitronra azért tértem ki egy kicsit részletesebben, mert érzékeltetni akartam, hogy a relativitáselméletből kiindulva, tisztán elméleti megfontolásokkal (úgy is mondhatnám, hogy spekulatív módon) hogyan jutott el Dirac egy olyan felfedezéshez, amely a 20. század fizikájában, különösen annak második felében meghatározó szerepet játszott.
|
| |
