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  • 1 # 科學聯盟

    題主你好,反粒子和洛倫茲變換是有密切關係,而洛倫茲變換其實一種時空對稱性的反映,我們稱之為洛倫茲對稱性。薛定諤方程不具有洛倫茲對稱性,所以它不能像狄拉克方程那樣可以推匯出反粒子。

    對於粒子的定義,維格納用了一套很巧妙的方法。我們稱之為little group方案。洛倫茲對稱性用群論來描述就是洛倫茲群。它的little group裡就有正反粒子的劃分。但是薛定諤方程的對稱群(同構於SO(3)群)僅僅是洛倫茲群的一個很小的子群——也就是正粒子對應的little group。說little group有點抽象,打個比方來說,薛定諤方程和狄拉克方程就像是兩間房子,一間房子很大——狄拉克方程,而另一間房子太小了——薛定諤方程,大的房子可以容得下反粒子,而小的房子裝不上反粒子這尊大菩薩。

    值得一提的是,我們為了理解薛定諤方程構造了一系列詮釋,比如說哥本哈根學派詮釋。但是薛定諤方程的詮釋不能用來解釋狄拉克方程!原因在於,狄拉克方程存在反粒子,反粒子對應的狄拉克方程解叫負能解,如果按照哥本哈根學派的解釋,我們會發現粒子可以自發從正粒子變成反粒子,而且這種變化是不可逆的。這就導致瞭解釋狄拉克方程需要另闢蹊徑。這就是量子場論誕生的前景。

    狄拉克方程是相對論和量子力學的融合產物之一。早在狄拉克建立該方程之前,就有人提出了另一種形式的相對論性量子力學——KG方程。KG方程存在更嚴重的問題,這就說明狹義相對論和量子力學之間存在矛盾,需要我們發展新的理論來消除這些矛盾。

    此外,反粒子也不是狄拉克方程最早預言的,KG方程已經預言了反粒子,但是由於當時人們的思維轉不過彎兒,以致於很多人算出了反粒子,卻莫名其妙地捨棄了反粒子。

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