Suatu hari di tahun 1928, fisikawan terkenal Dirac duduk di kursinya dengan kaki miring dan menghela nafas lega. Dia baru saja menyelesaikan pekerjaan yang hebat, menggabungkan persamaan Schrödinger di bidang mekanika kuantum dengan teori relativitas atas tatanan alam semesta, dan mengusulkan persamaan Dirac-nya.
Persamaan Schrodinger digunakan untuk menggambarkan gerakan partikel mikroskopis. Namun persamaan ini juga memiliki masalah, saat menghitung kecepatan partikel menggunakan rumus dunia normal. Dalam dunia mikroskopis, partikel bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Rumus dunia makroskopis tidak tepat digunakan, tetapi efek relativitas harus diperhatikan.
Lantas, apa pengaruh teori relativitas?
Teori relativitas memberi tahu kita bahwa pergerakan suatu benda tidak dapat melebihi kecepatan cahaya. Contoh: di ekuator, kecepatan linier rotasi bumi adalah 1670km / jam.Jika Anda bergerak dengan kecepatan 30 kilometer per jam ke timur di ekuator, menurut rumus transformasi kecepatan (transformasi Galileo) benda di dunia makro, itu adalah 1700 km / h. Ini tidak masalah. Tetapi jika Anda berjalan ke depan dengan kecepatan 0,3 kali kecepatan cahaya pada mobil dengan 0,8 kali kecepatan cahaya, dan kemudian menghitungnya dengan cara ini, bukankah itu 1,1 kali kecepatan cahaya?
Padahal, saat mendekati kecepatan cahaya, kita perlu menggunakan rumus superposisi kecepatan lain (transformasi Lorentz) untuk menghitungnya, yaitu:
Jika Anda ingin mencobanya, Anda akan menemukan bahwa ketika dua kecepatan yang ditumpangkan sangat kecil dan penyebutnya hampir sama dengan 1, rumus ini tidak berbeda dengan transformasi Galileo; dan jika kecepatannya mendekati kecepatan cahaya atau bahkan sama dengan kecepatan cahaya, hasil perhitungannya selalu Tidak bisa melebihi kecepatan cahaya.
Oleh karena itu, Dirac menerapkan rumus transformasi ini ke persamaan Schrödinger (tentu saja, ada kalkulasi dan teori lain yang sangat rumit di sini, dan cukup hanya memahaminya), sehingga memperolehnya untuk memuaskannya dan membuat orang lain Persamaan Dirac yang menakjubkan (persamaannya sangat rumit, jadi kami tidak akan mengutipnya).
Ketika Dirac berpuas diri, ilmuwan lain mengajukan pertanyaan: Tidak, persamaan Anda telah menghasilkan elektron dengan tingkat energi negatif. Apa yang terjadi?
Oke, mari kembali ke pertunjukannya lagi, mari kita bicara tentang apa itu tingkat energi negatif.
Hal ini lebih mudah dijelaskan, yaitu ketika sebuah atom berada dalam keadaan normal, elektron berputar dengan stabil di sekitar inti, keadaan ini disebut keadaan dasar. Namun, jika energi diberikan ke atom ini dari dunia luar, elektron menyerap energi dan mulai "melompat-lompat" seperti darah ayam. Meminjam analogi di Internet, elektron dalam keadaan dasar setara dengan roda gigi netral mobil, dan elektron yang tereksitasi berputar seolah-olah berada di gigi 1, 2, atau bahkan 5.
Persamaan Dirac memberi tahu kita bahwa elektron masih memiliki tingkat energi negatif, yang setara dengan mobil dengan roda gigi negatif. Tentu saja, "roda gigi negatif" ini tidak sama dengan gigi mundur, tetapi elektronik itu bertentangan dengan akal sehat.
Dirac meletakkan kaki Erlang yang dikokang dan berpikir keras. Dia mengajukan ide, mengatakan bahwa tingkat energi negatif memang ada, tetapi telah diisi dengan elektron (prinsip pengecualian Pauli, bagaimanapun, teori ini salah, tidak perlu dipahami secara mendalam), jadi kita tidak bisa mengamatinya. Elektron tingkat energi negatif ini tampaknya tenggelam di lautan, sehingga konsep Laut Dirac diusulkan.
Konsep ini pada dasarnya dibuat-buat, seperti konstanta kosmologis yang diajukan oleh Einstein. Segera, Heisenberg, Pauli dan yang lainnya mengajukan pertanyaan. Pada akhirnya, Dirac mengakui persamaan ini setara dengan prediksi: elektron dengan tingkat energi negatif ini sebenarnya adalah elektron bermuatan positif (elektron biasa bermuatan negatif), dan massanya sama dengan elektron, jadi jenis elektron ini dinamai Anti-elektron.
Prediksi Dirac dengan cepat dikonfirmasi. Ketika fisikawan Amerika Anderson menggunakan ruang awan untuk mempelajari partikel kosmik, ia menemukan bahwa medan magnet ruang awan dan elektron membelok ke arah yang berlawanan, tetapi pada sudut yang sama. Teman-teman yang pernah belajar fisika SMA dapat melihat bahwa arah pembelokan yang berlawanan berarti muatan yang berlawanan, dan sudut yang sama berarti kualitas yang sama. Jelas, ini adalah anti-elektron.
Dengan cara ini, umat manusia menemukan antimateri untuk pertama kalinya.
Berikutnya, pada 1955, Lawrence Radiation Laboratory di Amerika Serikat menemukan antiproton; pada 1965, fisikawan Cina-Amerika Ding Zhaozhong menemukan antideuteron; pada 1995, para ilmuwan di CERN bahkan mensintesis atom antihidrogen.
Jadi mengapa para ilmuwan begitu terobsesi dengan antimateri? Apa kegunaannya? Kami akan memperkenalkannya di edisi berikutnya.
- Sebuah keluarga dengan 4 kasus di Liwan didiagnosis setelah masa karantina berakhir dan tiba di Guangzhou pada 22 Januari. Sebanyak 143 orang dikarantina, melibatkan lebih dari sembilan toko.
- CDC kota mengambil sampel lebih dari 250 lokasi di Distrik Haizhu, yang semuanya dites negatif untuk virus korona baru
- Harus dilihat untuk dimulainya kembali pekerjaan dan produksi! Sudahkah unit Anda melakukan 8 hal ini?
- "Wawancara" Feng Luzhao, anggota Partai Revolusi Demokratik China dan Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit China: Bertanggung jawab secara tegas untuk pencegahan dan pengendalian epidemi