Phương trình Klein-Gordon
Một trong những quy tắc vàng của thuyết tương đối hẹp là không gì có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng – không vật thể vật chất nào, hay dù là thông tin. Bất chấp mọi sự kì lạ trong vật lí lượng tử, đây là một quy tắc không thể phá vỡ, và nó là một trong những phép kiểm tra quan trọng nhất mà thuyết lượng tử tương đối tính phải đối mặt.
Phương trình Schrödinger không có tính tương đối – nó xét các “gói sóng” (các nhóm hàm sóng chồng chất thuộc về một hạt) là các sóng dừng với vận tốc không đáng kể. Bản thân Schrödinger từng phát triển một phiên bản tương đối tính của phương trình, nhưng ông thấy nó không chính xác vì nó không sát nhập spin. Sau đó, vô số nhà vật lí, bao gồm Oskar Klein người Thụy Điển và Walter Gordon người Đức, đã xét lại phiên bản tương đối tính và chỉ ra cách sử dụng nó để mô tả chuyển động tương đối của các hạt có spin zero, ví dụ boson Higgs. May thay, phương trình Klein-Gordon, như sau này nó được gọi, cho thấy các gói sóng không chuyển động nhanh hơn ánh sáng, bảo toàn được giới hạn tốc độ vũ trụ.
Phương trình Dirac
Trong khi phương trình Klein-Gordon vận hành với trường hợp rất đặc biệt của các hạt có spin zero, thì người ta cần một phương trình thích ứng hơn nhiều nữa để xử lí các hiệu ứng lượng tử trên ngưỡng rộng các hạt ở các tốc độ tương đối tính.
Chính thiên tài nhút nhát người Anh Paul Dirac đã giải quyết được vấn đề này vào năm 1928. Biến thể phương trình sóng của ông vận hành với mọi hạt có spin ½, nghĩa là, không giống phương trình Klein-Gordon, nó có thể được dùng để mô tả các mức năng lượng của nguyên tử hydroge tương đối tính. Tuy nhiên, như với phương trình Klein-Gordon, một số nghiệm của phương trình Dirac có vẻ như đề xuất những hạt có năng lượng âm – một điều phi lí trong thế giới hằng ngày hoặc thậm chí trong bức tranh lượng tử của chúng ta về thực tại.
May thay, Dirac sớm đi tới một lí thuyết giải thích được kết quả có vẻ phi lí này. Các nghiệm đó không phải là các hạt, theo nghĩa đen, với năng lượng âm. Thay vậy, chúng tiêu biểu cho một thứ hoàn toàn khác: đó là phản vật chất.
Vật lí Lượng tử Tốc hành | Gemma Lavender
Bản dịch của Thuvienvatly.com
Phần tiếp theo >>
