После появления уравнения Дирака стало ясно, что оно содержит одну существенную проблему: помимо двух состояний электрона с различными ориентациями спина, четырёхкомпонентная волновая функция содержит два дополнительных состояния, характеризуемых отрицательной энергией. В опытах эти состояния не наблюдаются, однако теория дает конечную вероятность перехода электрона между состояниями с положительной и отрицательной энергиями.
Попытки искусственно исключить эти переходы ни к чему не привели. Наконец, в 1930 году Дирак сделал следующий важный шаг: он предположил, что все состояния с отрицательной энергией заняты («море Дирака»), что соответствует вакуумному состоянию с минимальной энергией.
Если же состояние с отрицательной энергией оказывается свободным («дырка»), то наблюдается частица с положительной энергией. При переходе электрона в состояние с отрицательной энергией «дырка» исчезает, то есть происходит аннигиляция. Из общих соображений следовало, что эта гипотетическая частица должна быть во всем идентичной электрону, за исключением противоположного по знаку электрического заряда. В то время такая частица не была известна, а Дирак не решился постулировать её существование. Поэтому в работе «Теория электронов и протонов» (1930) он предположил, что такой частицей является протон, а его массивность обусловлена кулоновскими взаимодействиями между электронами. Вскоре Вейль из соображений симметрии показал, что такая «дырка» не может быть протоном, а должна иметь массу электрона. Дирак согласился с этими доводами и указал, что тогда должен существовать не только «положительный электрон», или антиэлектрон, но и «отрицательный протон» (антипротон).
Антиэлектрон был открыт спустя несколько лет. Первые свидетельства его существования в космических лучах получил Патрик Блэкетт, однако пока он был занят проверкой результатов, в августе 1932 года Карл Андерсон независимо открыл эту частицу, которая позже получила название позитрона.
12 декабря 1933 года в Стокгольме Дирак прочел лекцию на тему «Теория электронов и позитронов», в которой предсказал существование антивещества. Предсказание и открытие позитрона породило в научном сообществе уверенность, что начальная кинетическая энергия одних частиц может быть преобразована в энергию покоя других, и привело в дальнейшем к стремительному росту числа известных элементарных частиц.
В 1932 году в совместной с Владимиром Фоком и Борисом Подольским статье «К квантовой электродинамике» был построен так называемый «многовременной формализм», который позволил получить релятивистски инвариантные уравнения для системы электронов в электромагнитном поле. Вскоре эта теория столкнулась с серьёзной проблемой: в ней возникали расходимости.
Одной из причин этого является эффект поляризации вакуума, предсказанный Дираком в его сольвеевском докладе 1933 года и приводящий к уменьшению наблюдаемого заряда частиц по сравнению с их действительными зарядами. Другой причиной появления расходимостей является взаимодействие электрона с собственным электромагнитным полем (радиационное трение, или самовоздействие электрона). Пытаясь решить эту проблему, Дирак рассмотрел релятивистскую теорию классического точечного электрона и близко подошёл к идее перенормировок. Процедура перенормировок была положена в основу современной квантовой электродинамики, созданной во второй половине 1940-х годов в работах Ричарда Фейнмана, Синъитиро Томонаги, Юлиана Швингера и Фримена Дайсона. Важным вкладом Дирака в распространение квантовых идей стало появление его знаменитой монографии «Принципы квантовой механики», первое издание которой вышло в 1930 году. В этой книге было дано первое полное изложение квантовой механики как логически замкнутой теории.
В это время Дирак продолжал развивать собственные взгляды на квантовую электродинамику, пытаясь избавить её от расходимостей, не прибегая к таким искусственным приемам как перенормировка.
Эти попытки осуществлялись по нескольким направлениям: одна из них привела к концепции «лямбда-процесса», другая — к пересмотру представлений об эфире и т. д. Однако, несмотря на огромные усилия, Дираку так и не удалось достичь своих целей и прийти к удовлетворительной теории.
Следствием этого была неуверенность Дирака даже в основах обычной квантовой механики.
"Попытки искусственно исключить эти переходы ни к чему не привели. Наконец, в 1930 году Дирак сделал следующий важный шаг: он предположил, что все состояния с отрицательной энергией заняты («море Дирака»), что соответствует вакуумному состоянию с минимальной энергией. Если же состояние с отрицательной энергией оказывается свободным («дырка»), то наблюдается частица с положительной энергией. При переходе электрона в состояние с отрицательной энергией «дырка» исчезает, то есть происходит аннигиляция." -------------------------------------------------------- "Предсказание и открытие позитрона породило в научном сообществе уверенность, что начальная кинетическая энергия одних частиц может быть преобразована в энергию покоя других, и привело в дальнейшем к стремительному росту числа известных элементарных частиц."
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ]
Озарение.
0
