狄拉克方程新形式及其诠释

, 

上一篇

下一篇

汪克林, 曹则贤. 2026: 狄拉克方程新形式及其诠释, 物理, 55(7): 474-481. doi: 10.7693/wl20260704
引用本文: 汪克林, 曹则贤. 2026: 狄拉克方程新形式及其诠释, 物理, 55(7): 474-481. doi: 10.7693/wl20260704
WANG Ke-Lin, CAO Ze-Xian. 2026: A new formulation of Dirac equation and its interpretation, Physics, 55(7): 474-481. doi: 10.7693/wl20260704
Citation: WANG Ke-Lin, CAO Ze-Xian. 2026: A new formulation of Dirac equation and its interpretation, Physics, 55(7): 474-481. doi: 10.7693/wl20260704

狄拉克方程新形式及其诠释

    通讯作者: 曹则贤,email:zxcao@iphy.ac.cn

A new formulation of Dirac equation and its interpretation

    Corresponding author: CAO Ze-Xian, zxcao@iphy.ac.cn
  • 摘要: 狄拉克要求相对论量子力学方程是线性的、且满足相对论质能关系从而得到了狄拉克方程,为此引入了4 × 4矩阵形式的系数,相应的波函数取4-分量的形式。在狄拉克方程的语境中,电子自旋归于相对论效应,从对解的诠释还引出了正电子的概念。然而,为方程中的系数选取4 × 4矩阵形式及其具体表示并没有原理性的支撑,且把波函数理解为4-分量也值得商榷。文章中,作者通过引入4组独立的产生—湮灭算符{(bk,bk+),k=0,1,2,3},得到狄拉克方程的新表示。这样做不仅规避了为什么要为系数选择4 × 4矩阵的问题,也消解了狄拉克原方程中系数不等价的问题。相对论质能方程要求产生—湮灭算符(bk,bk+)满足反对易关系,这直接决定了由此引入的“自旋”是个二值的内部自由度,这解释了为什么狄拉克理论只有S=1/2的情形。新形式下角动量的外部部分和“自旋”具有相同的形式,角动量和哈密顿量都表现出外部自由度(满足对易关系)与内部自由度(满足反对易关系)之间的耦合。新形式的狄拉克方程消除了对4 × 4矩阵形式的需求,至少会让后续的量子场论计算变得简单。此外,作者注意到狄拉克、薛定谔在1926—1930年这段时期对量子论中的复数共轭、电荷共轭、内部自由度等观念以及它们之间的关联都有深刻、正确的认识。文章还针对相对论量子力学方程诠释所涉及的复共轭、电荷共轭、内部自由度及其与运动变量之间的耦合、方程要素应遵循的代数结构等问题进行简短的讨论,以期有助于正确理解相对论量子力学。
  • 加载中
  • Dirac P A M.Proceedings of the Royal Society of London A, 1928,117:610
    Klein O.Zeitschrift für Physik,1926,37:895
    Gordon W.Zeitschrift für Physik,1926,40:117
    曹则贤.量子力学:巨匠与脚手架.北京:世界图书出版公司, 2026
    Schrödinger E.Phys.Rev.,1926,28:1049
    Pauli W.Zeitschrift für Physik,1927,41:81
    Dirac P A M.Proceedings of the Royal Society of London A, 1930,126:360
    Dirac P A M.Nature,1930,126:605
    Dirac P A M.Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society,1930,26(3):361
    Dirac P A M.Proceedings of the Royal Society of London A, 1931,133:60
    Weinberg S.Daedalus,1977,106(4):17
    Schrödinger E.Sitzungsberichte Akad.Berlin,1930:418
    汪克林,曹则贤.物理,2025,54(5):344
    汪克林,曹则贤.物理,2026,55(3):198
    曹则贤,吴飓昊,汪克林.物理,2026,55(5):352
    Fetter A L,Walecka J D.Quantum Theory of Many-Particle Systems.McGraw-Hill,2003
    Wen X G.Quantum Field Theory of Many-Body Systems:From the Origin of Sound to an Origin of Light and Electrons.Oxford University Press,2007
    Breit G.PNAS,1928,14(7):553
    FockV.Zeitschrift für Physik,1931,68:522
    Schrödinger E.Zeitschrift für Physik,1931,70:808
    曹则贤.物理,2025,54(7):489
    Dirac P A M.Proceedings of the Royal Society of London A, 1926,110:561
    Oppenheimer J R.Phys.Rev.,1930,35:461
    Furry W H,Oppenheimer J R.Phys.Rev.,1934,45:245
    Pauli W,Weisskopf V F.Helv.Phys.Acta.,1934,7:709
    Stueckelberg E.Helv.Phys.Acta.,1941,14:51
    Feynman R.Phys.Rev.,1949,76(6):749
    曹则贤.云端脚下.北京:世界图书出版公司,2021
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  233
  • HTML全文浏览数:  233
  • PDF下载数:  18
  • 施引文献:  0
出版历程
  • 收稿日期:  2026-06-02

狄拉克方程新形式及其诠释

    通讯作者: 曹则贤,email:zxcao@iphy.ac.cn
  • 1 中国科学技术大学近代物理系 合肥 230026;
  • 2 中国科学院物理研究所 北京 100190

摘要: 狄拉克要求相对论量子力学方程是线性的、且满足相对论质能关系从而得到了狄拉克方程,为此引入了4 × 4矩阵形式的系数,相应的波函数取4-分量的形式。在狄拉克方程的语境中,电子自旋归于相对论效应,从对解的诠释还引出了正电子的概念。然而,为方程中的系数选取4 × 4矩阵形式及其具体表示并没有原理性的支撑,且把波函数理解为4-分量也值得商榷。文章中,作者通过引入4组独立的产生—湮灭算符{(bk,bk+),k=0,1,2,3},得到狄拉克方程的新表示。这样做不仅规避了为什么要为系数选择4 × 4矩阵的问题,也消解了狄拉克原方程中系数不等价的问题。相对论质能方程要求产生—湮灭算符(bk,bk+)满足反对易关系,这直接决定了由此引入的“自旋”是个二值的内部自由度,这解释了为什么狄拉克理论只有S=1/2的情形。新形式下角动量的外部部分和“自旋”具有相同的形式,角动量和哈密顿量都表现出外部自由度(满足对易关系)与内部自由度(满足反对易关系)之间的耦合。新形式的狄拉克方程消除了对4 × 4矩阵形式的需求,至少会让后续的量子场论计算变得简单。此外,作者注意到狄拉克、薛定谔在1926—1930年这段时期对量子论中的复数共轭、电荷共轭、内部自由度等观念以及它们之间的关联都有深刻、正确的认识。文章还针对相对论量子力学方程诠释所涉及的复共轭、电荷共轭、内部自由度及其与运动变量之间的耦合、方程要素应遵循的代数结构等问题进行简短的讨论,以期有助于正确理解相对论量子力学。

English Abstract

参考文献 (28)

目录

/

返回文章
返回