Nauki przyrodnicze
MENU
STRONA GŁÓWNA
Przyroda polska
Zdjęcia natury
Fizyka teoretyczna
Biologia teoretyczna
Biochemia
Biologia molekularna
Ornitologia
Rośliny Polski
Botanika
Zoologia
Internetowe ZOO
Związki czynne roślin
Pierwiastki
chemiczne
Chemia nieorg.
Chemia organiczna
Ciekawostki
biologiczne
Ciekawostki
fizyczne
Ciekawostki
chemiczne
Ciekawe książki
Ciekawe strony www
Słownik

INFO
INFO O AUTORZE
KONTAKT

Do działu: FIZYKA TEORETYCZNA →

Paul Adrien Dirac
(8.08.1902 - 20.10.1984)

Narodowość: Anglik
Nagroda Nobla: 1933 r.

Znane powiedzenia:
  • Rozumiem równanie wtedy, gdy nie rozwiązując go, mogę sobie wyobrazić cechy charakterystyczne rozwiązania.
W 1928 roku Paul Dirac formułuje równanie opisujące fermiony o spinie ½. Jest ono kwantowomechaniczne i zgodne ze szczególną teorią względności (relatywistyczne, obowiązujące także dla prędkości stanowiących istotny ułamek c). Od swego odkrywcy, nosi ono nazwę równania Diraca. Najważniejszy wniosek, płynący z równania, jest zawarty we wzorze na energię, będącym jego rozwiązaniem:

E2 = m02c4 + p2c2

Jako, że energia w rozwiązaniu ma postać jej kwadratu, to pierwiastki z tego równania są dwa:

Rozwiązanie to nieco zaskoczyło Diraca. Wynikało z niego, że np. elektron powinien mieć w przyrodzie odpowiednik odpowiadający ujemnej energii, ale istnienie antyelektronu było tylko hipotezą. W tamtym czasie nie obserwowano takich cząstek, było więc możliwe, że drugie rozwiązanie jest „puste” czyli przyroda nie realizuje go. Ale już w 1932 roku okazało się, że nie jest ono „puste”.
C.D. Anderson odkrywa wtedy cząstkę o takiej samej masie jak elektron, lecz przeciwnym ładunku. Zostaje ona nazwana pozytonem i jest to pierwsza odkryta antycząstka.

Później, w 1955 roku odkryto antyproton, powstający w wyniku zderzeń protonów i neutronów o bardzo wysokich energiach, a w 1956 r. – antyneutron. W równaniu Diraca zawarta była zatem informacja o istnieniu antymaterii. Różni się ona od odpowiadającej materii przede wszystkim znakiem ładunku (jeśli go ma) i momentu magnetycznego. Ma natomiast identyczną masę i czas życia. Antymateria łączy się z materią w procesie anihilacji z wytworzeniem czystej energii: wysokoenergetycznych fotonów. Nie ma w tym procesie żadnych odpadków.

Nie jest kwestią pewną czy Wszechświat w całości zbudowany jest z materii, czy gdzieś na jego odległych krańcach istnieją antymaterialne światy. Jest właściwie pewne, że całe galaktyki lub gromady galaktyk zbudowane są jednolicie: albo całkowicie z materii albo antymaterii, bo nie obserwuje się na ich obszarze rozległych źródeł promieniowania pochodzącego z anihilacji, jakie w przeciwnym wypadku musiałoby istnieć. Poza tym, promieniowanie kosmiczne, jakie dociera do Ziemi składa się głównie z materii, co wzmacnia nasze przekonanie, że sąsiednie Galaktyki zbudowane są z tego samego budulca, co nasza.

Sam Dirac był zwolennikiem poglądu o istnieniu antymaterii we Wszechświecie. Wysunął go w 1933 r.

Dość popularny jest jednak pogląd o istnieniu w całym Wszechświecie tylko materii. Jest on oparty na obserwacjach rozpadu mezonów K0. Okazuje się, że antymaterialny odpowiednik K0 rozpada się o 7 przypadków na 1000 rzadziej niż K0. Uważa się więc, że na początku Wszechświata istniała taka sama ilość materii i antymaterii, ale przeważały rozpady w wytworzeniem kwarków i leptonów nad rozpadami z wytworzeniem ich antyodpowiedników. Materia łączyła się z antymaterią tworząc fotony, a ten nadmiar materii, który pozostał, buduje teraz Wszechświat.

Antymateria, anihilując z materią, wytwarza czystą energię. Cała masa znika i zamienia się w energię promienistą. Dla porównania, spalanie węgla lub ropy naftowej „zużywa” tylko 0,000 001 masy paliwa. Czy dałoby się więc za pomocą antymaterii rozwiązać problem energetyczny świata ? Podobno 1 kg antymaterii dostarczyłby tyle energii, ile zużywa dziennie całe USA lub tyle, ile rocznie zużywa do prywatnego użytku 2 mln przeciętnych Europejczyków. Trzeba jednak pamiętać, że antymateria nie jest dostępna w przyrodzie, przynajmniej na Ziemi. Trzebaby ją produkować, a to kosztowałoby ogromne ilości energii. Poza tym wyprodukowanie 1 grama antymaterii przez najlepsze obecnie akceleratory, zajęłoby im kilka milionów lat. Następnym problemem z antymaterią jest jej przechowywanie. Ona anihilowałaby ze ścianami każdego materialnego zbiornika. Trzebaby ją więc zawieszać w próżni, a to też kosztuje.

Ciekawostka: bomba antymaterialna wydziela około 100 razy więcej energii niż bomba atomowa o zbliżonej masie. A więc z drugiej strony dobrze, że antymaterię tak trudno produkować i przechowywać.

MACIEJ PANCZYKOWSKI

 Autor wortalu: Maciej Panczykowski, Copyright © 2003-2018 by Maciej Panczykowski