2的不同粒子,是否满足不同(伽嘛矩阵)的狄拉克方程?

爱问100

不一定。我们可以把狄拉克方程的几项分开来分析。左边第一项比较复杂,除了虚数单位i,伽马矩阵(后面都直接写gamma)以外,还有一个偏微分符号,它代表着对狭义相对论四维时空的求导(狭义相对论的四维时空即闵可夫斯基几何,三维空间加一维时间,符合洛伦兹变换。)。这里的gamma矩阵完全由粒子的自旋确定,狄拉克最开始取的是4x4的矩阵,就代表自旋为1/2的粒子,该矩阵可以分解为泡利矩阵和单位矩阵的乘积。

左边第二项比较简单,就是粒子的质量(静质量)。左边的波函数\\phi和右边的0没什么好说的。下面就可以分情况讨论了:

1、如果两个自旋1/2的粒子具有相同的不为零的质量,那么它们的狄拉克方程是相同的。因为狄拉克方程式自由粒子的方程,没有相互作用项。即使两个粒子电荷什么的都不同,也不会体现在狄拉克方程里,只会出现在另外的相互作用项中。

2、如果两个自旋1/2的粒子具有不同的不为零的质量,那么它们的狄拉克方程唯一不同的地方是质量项m,而第一项gamma矩阵和对四维时空的求导都是相同的,这样就可以说它们满足了不同的狄拉克方程,但gamma矩阵是相同的。

3、如果一个自旋1/2的粒子的质量为零,这就有意思了,狄拉克方程就会直接变成Weyl方程,也就是不需要gamma矩阵了,用更简单的2x2的泡利矩阵就可以写了。这样的话,如果两个自旋1/2的粒子,一个质量为零,一个质量不为零,那么它们的gamma矩阵也会不同,方程也就完全不同了。


九维空间

我不太理解题主的意思。不同的后面加一个括号注明“伽马矩阵”,难道题主认为存在不同的伽马矩阵?如果是这种想法,那么我可以做两种理解:第一、题主意识到了狄拉克方程的分类问题;第二、题主认为不同s=1/2粒子就是对应不同的伽马矩阵。

如果题主是第一种想法,我可这样告诉你,对于自旋为1/2的粒子来说,有三类狄拉克方程,它们分别对应三类伽马矩阵。量子场论里也成为三种表象:狄拉克表象、外尔表象、马约拉纳表象。狄拉克表象是很一般的表象,满足该表象的费米子拥有互不相同的正反粒子,而且静止质量不为零,比如说顶夸克这类重质量费米子;外尔表象与狄拉克表象不同之处在于,它是静止质量为零的费米子所满足的表象,目前质量为零的费米子还没有找到,外尔表象也仅在高能态费米子上使用,比如说高能电子、高能夸克等;马约朗纳表象则是和前面有着截然不同的一类表象,只有正反粒子同体的费米子才满足该表象。

但是如果题主是第二种想法,那么对不起,你的理解不对。电子和夸克虽然不同,但是它们却对应同一类伽马矩阵!

其实,狄拉克方程是描述s=1/2粒子的相对论性量子场论方程,只有在场论意义上(或者比场论更加高级的理论上)才能解释狄拉克方程。任何企图在力学层面就想解释狄拉克方程的做法全都存在各种困难。量子场论也就是因此而产生的。量子场论是二十世纪物理学走向统一的第一个重要理论产物。学习狄拉克方程是学习量子场论的关键一步。而且狄拉克方程也不仅仅只是伽马矩阵,像SU(2)对称性、时间反演、空间反射、电荷共轭等都需要仔细学习。


科学联盟

基本出发点:物质间的所有力应当起源于物质的自在运动;而衡量物质自在运动属性及强度的物理量就是粒子(场)的自旋。

目前人们实际上没有定义出自旋量的具体形式,就像人们只给出磁场强度的量,其物理量纲及属性都是后来通过实验测量后安上去,然后通过其物理量纲再“窥视”磁场的“内部结构”。现在人们将自旋引入各种力的表达式,先是用所谓磁量子数,然后配合上能量,然后通过一些实验测试获得自旋的物理量纲,然后就可窥视”其结构了。不过可先期类比宏观自转运动,大致先知道其是的旋量,可用斯托克斯形式表示,以及广义斯托克斯形式。而旋量再在其上加旋转就可构造张量。而广义相对论就是个张量场方程。量子力学可以通过自旋量与广义相对论联结起来。

目前看电子、质子、中子等费米子的自旋,如果加上其进动量,很可能就是某种形式张量。也就是说,粒子的自旋量可以是旋量,然后可以“变换”到某种形式的张量(可能是二阶协变张量、二阶逆变张量、二阶混合矢量),这里“名堂”可能很多!带出来的性质“名堂”很多!

对于旋量我们有个猜想:封闭曲面包围的旋量源满足拓扑守恒。(高斯定理拓展)。同样的猜想:黎曼时空上的封闭曲面包围的张量源满足拓扑守恒。即张量源的拓扑形变不能穿越封闭曲面,或者说,张量源内部能量引起的拓扑形变将导致包围张量源的封闭曲面的一致形变。引力即源于此。电磁力也源于粒子自旋量的拓扑形变。

就说这么多。


谭宏21

狄拉克方程只有一个,同一单一波函数可以有两种自旋、正负能量的四种不同解,也可以有自旋为零的两种正负能量解。狄拉克方程可满足所有粒子解,只是态叠加改变了单一波函数,改变了粒子性质,造成了混乱。目前对波函数只知晓概率上的物理意义,其他物理意义还不明。

狄拉克讨厌重整化,可这个世界却是几率波的叠加,狄拉克方程再叠加,才能描述现实粒子的状态,知道了1,2,3……自然数,可解不完自然数间的关系,再加上不确定性原理,有时只能作些概率统计,问寻统计力学。


stemmer

是的,狄拉克方程也有三个变种:

1:普通形式:

适用于像电子这样的粒子,有一个反粒子(正电子),正反粒子的场满足同一个狄拉克方程。这类粒子的场一共有四个分量。

2:手征形式,或者外尔(Weyl)形式:

适用于当年的中微子。这类粒子也有自己的反粒子,但它质量是零,永远以光速运行,并且只能向左手自旋,不能向另一个方向旋转。正反粒子的场满足同一个方程,两个分量。

当然,现在我们直到中微子有质量了。它不再是这样的粒子了。

3:Majorana形式

适用于一类特殊的费米子,自身就是自己的反粒子。也只有两个分量。已经发现的基本粒子中并没有这样的。不过最近科学家们发现固体物理中的某些准粒子具备这样的特性。出题人可以去搜索一下。


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