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| 狄拉克方程 |
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1928年英國物理學家狄拉克即狄拉克方程。利用這個方程研究氫原子能級分布時，考慮有自旋角動量的電子作高速運動時的相對論性效應，給出了氫原子能級的精細結構，與實驗符合得很好。從這個方程還可自動導出電子的自旋量子數應為1/2，以及電子自旋磁矩與自旋角動量之比的朗德g因子為軌道角動量情形時朗德g因子的2倍。電子的這些性質都是過去從分析實驗結果中總結出來的，並沒有理論的來源和解釋。狄拉克方程卻自動地導出這些重要基本性質，是理論上的重大進展。
簡介
狄拉克方程的形式如圖示一。理論物理中，相對於薛定諤方程之於非相對論量子力學，狄拉克方程是相對論量子力學的一項描述自旋-½粒子的波函數方程，由英國物理學家保羅·狄拉克於1928年建立，不帶矛盾地同時遵守了狹義相對論與量子力學兩者的原理，實則為薛定諤方程的洛倫茲協變式。這條方程預言了反粒子的存在，隨後1932年由卡爾·安德森發現了正電子(positron)而證實。負能量態的存在意味着物質是不穩定的，因為電子會不斷向負能量的狀態躍遷而不斷輻射能量出來，這是一個近乎荒謬的結論。為了解決這個困難，狄拉克提出真空狀態充滿了負能量的電子「海」，因為這些負能的狀態已經被電子占領，正能量的電子就無法向這些負能狀態躍遷。狄拉克還發現，如果「海」中的電子被「打」掉就等價於形成了一個帶正電荷的粒子。後來人們認識到這樣的「空穴」應該和電子具有相同的質量，這就是正電子的最初的來源。
評價
為了更好的理解這個說法，以牛頓定律為例舉一個例子。牛頓第二定律說物體的加速度和所受到的外力成正比，即F=ma。如果用微分方程表示，加速度可以表示為時間t的二次微分，也就是說，在這個方程里，代入「t」和「-t」得出的結果是一樣的。如果地球繞着太陽的運動滿足牛頓第二定律，那麼時間反演一下，相當於地球沿着和現在的軌道相反的路徑運行，也同樣滿足牛頓第二定律。現在地球的運動軌跡和與此完全相反的軌跡都是上面牛頓方程的解。同樣我們可以這樣理解，當把電子的電荷反演一下，它們都是狄拉克方程的解。[1]