Glossar der Physik - Begriffserklärung





Dirac-Gleichung
Die Dirac-Gleichung ist eine fundamentale Gleichung in der Quantenphysik, die vom britischen Physiker Paul Dirac im Jahr 1928 aufgestellt wurde. Sie beschreibt das Verhalten von Fermionen, also Teilchen mit halbzahligem Spin, wie zum Beispiel Elektronen, unter Berücksichtigung der Prinzipien der speziellen Relativitätstheorie. Vor Diracs Entdeckung versuchte man, das Verhalten von Elektronen mit der Schrödinger-Gleichung zu beschreiben, die jedoch nur für nicht-relativistische, also langsame Teilchen, gültig ist. Elektronen in Atomen bewegen sich jedoch mit beträchtlichen Geschwindigkeiten, die einen signifikanten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit erreichen können. Hier versagt die Schrödinger-Gleichung und liefert falsche Ergebnisse. Die Dirac-Gleichung hingegen vereint Quantenmechanik und spezielle Relativitätstheorie und liefert somit eine korrekte Beschreibung von relativistischen Fermionen.
Eine bemerkenswerte Konsequenz der Dirac-Gleichung ist die Vorhersage von Antimaterie. Dirac erkannte, dass seine Gleichung Lösungen mit negativer Energie zulässt, die zunächst physikalisch keinen Sinn zu ergeben schienen. Er interpretierte diese Lösungen jedoch als Antiteilchen, die die gleiche Masse wie die entsprechenden Teilchen, aber entgegengesetzte Ladung besitzen. Für das Elektron sagte er so das Positron voraus, das tatsächlich wenige Jahre später experimentell entdeckt wurde. Die Dirac-Gleichung ist daher nicht nur wichtig für die Beschreibung von Elektronen in Atomen und Molekülen, sondern auch für das Verständnis von fundamentalen Prozessen in der Teilchenphysik, wie…











