Wie erhält man die Dirac-Gleichung aus der Schrödinger-Gleichung und der speziellen Relativitätstheorie?

Ich lese die Wikipedia-Seite für die Dirac-Gleichung :

Die Dirac-Gleichung ähnelt oberflächlich der Schrödinger-Gleichung für ein freies massives Teilchen:

A) 2 2 M 2 ϕ = ich T ϕ .

Die linke Seite stellt das Quadrat des Impulsoperators dividiert durch die doppelte Masse dar, die die nicht-relativistische kinetische Energie ist. Da die Relativitätstheorie Raum und Zeit als Ganzes behandelt, erfordert eine relativistische Verallgemeinerung dieser Gleichung, dass Raum- und Zeitableitungen symmetrisch eingehen müssen, wie sie es in den Maxwell-Gleichungen tun, die das Verhalten des Lichts bestimmen – die Gleichungen müssen differentiell von derselben Ordnung sein Raum und Zeit. In der Relativitätstheorie sind Impuls und Energie die Raum- und Zeitanteile eines Raum-Zeit-Vektors, des 4-Impulses, und sie sind durch die relativistisch invariante Beziehung miteinander verbunden

B) E 2 C 2 P 2 = M 2 C 2

was besagt, dass die Länge dieses Vektors proportional zur Ruhemasse m ist. Durch Einsetzen der Operatoräquivalente von Energie und Impuls aus der Schrödinger-Theorie erhalten wir eine Gleichung, die die Ausbreitung von Wellen beschreibt, konstruiert aus relativistisch invarianten Objekten,

C) ( 2 1 C 2 2 T 2 ) ϕ = M 2 C 2 2 ϕ

Ich bin mir nicht sicher, wie die Gleichung A und B zu Gleichung C führen. Es scheint, dass es mit dem Ersetzen des speziellen Relativitätswerts in quantenmechanische Operatoren zusammenhängt, aber ich bekomme einfach immer wieder kein Ergebnis ...

Dirac selbst spricht in diesem großartigen Vorlesungsvideo, das er 1973 gemacht hat, darüber, wie er die meisten seiner Ideen abgeleitet hat. Ein wenig wackelig, aber sehr informativ über den Hintergrund seiner Ideen. youtube.com/…
Siehe auch: physical.stackexchange.com/q/10837/2451 und darin enthaltene Links.

Antworten (1)

Erstens ist C) nicht die Dirac-Gleichung, sondern die Klein-Gordon-Gleichung

Nun zu deiner Hauptfrage. A) ergibt sich aus der klassischen Gleichung für ein freies massives Teilchen:

P 2 2 M = E

indem man den Operator (Operating on ϕ ) Auswechslungen:

P 2 2 2

E ich T

C) kommt von B), indem weiter anerkannt wird, dass:

E 2 2 2 T 2