2的不同粒子,是否滿足不同(伽嘛矩陣)的狄拉克方程?

愛問100

不一定。我們可以把狄拉克方程的幾項分開來分析。左邊第一項比較複雜,除了虛數單位i,伽馬矩陣(後面都直接寫gamma)以外,還有一個偏微分符號,它代表著對狹義相對論四維時空的求導(狹義相對論的四維時空即閔可夫斯基幾何,三維空間加一維時間,符合洛倫茲變換。)。這裡的gamma矩陣完全由粒子的自旋確定,狄拉克最開始取的是4x4的矩陣,就代表自旋為1/2的粒子,該矩陣可以分解為泡利矩陣和單位矩陣的乘積。

左邊第二項比較簡單,就是粒子的質量(靜質量)。左邊的波函數\\phi和右邊的0沒什麼好說的。下面就可以分情況討論了:

1、如果兩個自旋1/2的粒子具有相同的不為零的質量,那麼它們的狄拉克方程是相同的。因為狄拉克方程式自由粒子的方程,沒有相互作用項。即使兩個粒子電荷什麼的都不同,也不會體現在狄拉克方程裡,只會出現在另外的相互作用項中。

2、如果兩個自旋1/2的粒子具有不同的不為零的質量,那麼它們的狄拉克方程唯一不同的地方是質量項m,而第一項gamma矩陣和對四維時空的求導都是相同的,這樣就可以說它們滿足了不同的狄拉克方程,但gamma矩陣是相同的。

3、如果一個自旋1/2的粒子的質量為零,這就有意思了,狄拉克方程就會直接變成Weyl方程,也就是不需要gamma矩陣了,用更簡單的2x2的泡利矩陣就可以寫了。這樣的話,如果兩個自旋1/2的粒子,一個質量為零,一個質量不為零,那麼它們的gamma矩陣也會不同,方程也就完全不同了。


九維空間

我不太理解題主的意思。不同的後面加一個括號註明“伽馬矩陣”,難道題主認為存在不同的伽馬矩陣?如果是這種想法,那麼我可以做兩種理解:第一、題主意識到了狄拉克方程的分類問題;第二、題主認為不同s=1/2粒子就是對應不同的伽馬矩陣。

如果題主是第一種想法,我可這樣告訴你,對於自旋為1/2的粒子來說,有三類狄拉克方程,它們分別對應三類伽馬矩陣。量子場論裡也成為三種表象:狄拉克表象、外爾表象、馬約拉納表象。狄拉克表象是很一般的表象,滿足該表象的費米子擁有互不相同的正反粒子,而且靜止質量不為零,比如說頂夸克這類重質量費米子;外爾表象與狄拉克表象不同之處在於,它是靜止質量為零的費米子所滿足的表象,目前質量為零的費米子還沒有找到,外爾表象也僅在高能態費米子上使用,比如說高能電子、高能夸克等;馬約朗納表象則是和前面有著截然不同的一類表象,只有正反粒子同體的費米子才滿足該表象。

但是如果題主是第二種想法,那麼對不起,你的理解不對。電子和夸克雖然不同,但是它們卻對應同一類伽馬矩陣!

其實,狄拉克方程是描述s=1/2粒子的相對論性量子場論方程,只有在場論意義上(或者比場論更加高級的理論上)才能解釋狄拉克方程。任何企圖在力學層面就想解釋狄拉克方程的做法全都存在各種困難。量子場論也就是因此而產生的。量子場論是二十世紀物理學走向統一的第一個重要理論產物。學習狄拉克方程是學習量子場論的關鍵一步。而且狄拉克方程也不僅僅只是伽馬矩陣,像SU(2)對稱性、時間反演、空間反射、電荷共軛等都需要仔細學習。


科學聯盟

基本出發點:物質間的所有力應當起源於物質的自在運動;而衡量物質自在運動屬性及強度的物理量就是粒子(場)的自旋。

目前人們實際上沒有定義出自旋量的具體形式,就像人們只給出磁場強度的量,其物理量綱及屬性都是後來通過實驗測量後安上去,然後通過其物理量綱再“窺視”磁場的“內部結構”。現在人們將自旋引入各種力的表達式,先是用所謂磁量子數,然後配合上能量,然後通過一些實驗測試獲得自旋的物理量綱,然後就可窺視”其結構了。不過可先期類比宏觀自轉運動,大致先知道其是的旋量,可用斯托克斯形式表示,以及廣義斯托克斯形式。而旋量再在其上加旋轉就可構造張量。而廣義相對論就是個張量場方程。量子力學可以通過自旋量與廣義相對論聯結起來。

目前看電子、質子、中子等費米子的自旋,如果加上其進動量,很可能就是某種形式張量。也就是說,粒子的自旋量可以是旋量,然後可以“變換”到某種形式的張量(可能是二階協變張量、二階逆變張量、二階混合矢量),這裡“名堂”可能很多!帶出來的性質“名堂”很多!

對於旋量我們有個猜想:封閉曲面包圍的旋量源滿足拓撲守恆。(高斯定理拓展)。同樣的猜想:黎曼時空上的封閉曲面包圍的張量源滿足拓撲守恆。即張量源的拓撲形變不能穿越封閉曲面,或者說,張量源內部能量引起的拓撲形變將導致包圍張量源的封閉曲面的一致形變。引力即源於此。電磁力也源於粒子自旋量的拓撲形變。

就說這麼多。


譚宏21

狄拉克方程只有一個,同一單一波函數可以有兩種自旋、正負能量的四種不同解,也可以有自旋為零的兩種正負能量解。狄拉克方程可滿足所有粒子解,只是態疊加改變了單一波函數,改變了粒子性質,造成了混亂。目前對波函數只知曉概率上的物理意義,其他物理意義還不明。

狄拉克討厭重整化,可這個世界卻是幾率波的疊加,狄拉克方程再疊加,才能描述現實粒子的狀態,知道了1,2,3……自然數,可解不完自然數間的關係,再加上不確定性原理,有時只能作些概率統計,問尋統計力學。


stemmer

是的,狄拉克方程也有三個變種:

1:普通形式:

適用於像電子這樣的粒子,有一個反粒子(正電子),正反粒子的場滿足同一個狄拉克方程。這類粒子的場一共有四個分量。

2:手徵形式,或者外爾(Weyl)形式:

適用於當年的中微子。這類粒子也有自己的反粒子,但它質量是零,永遠以光速運行,並且只能向左手自旋,不能向另一個方向旋轉。正反粒子的場滿足同一個方程,兩個分量。

當然,現在我們直到中微子有質量了。它不再是這樣的粒子了。

3:Majorana形式

適用於一類特殊的費米子,自身就是自己的反粒子。也只有兩個分量。已經發現的基本粒子中並沒有這樣的。不過最近科學家們發現固體物理中的某些準粒子具備這樣的特性。出題人可以去搜索一下。


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