狄拉克波动方程揭示的自由电子路径:阐明Zitterbewegung与自旋现象
尽管人们普遍认为狄拉克波动方程不展示电子路径,但它们实则显而易见。通过对时空参数经洛伦兹变换以固有时间表达的波函数施加狄拉克固有速度算子,自由电子的世界线得以显现。这一运动可分解为两部分:电子惯性(或自旋)中心的整体运动,以及围绕该点产生电子自旋的内在局域周期性运动。后者的运动具有薛定谔在其对狄拉克方程的海森伯算子分析中发现的超高频“颤抖”ω₀,故恰当地称之为“颤抖运动”。该分解对应于戈登对狄拉克电流的分解——所谓的极化电流与磁化电流正是由颤抖运动产生。 固定在惯性中心的“静止”参考系中,对应于特定方向电子自旋的狄拉克波函数表明:质量为m的自由电子以光速c在半径为c/ω₀=ℏ/(2mc)的圆上做固有永恒的颤抖运动,该圆位于与自旋方向正交的平面内,并围绕惯性中心旋转。此分析直接从狄拉克方程确认了颤抖运动的本质,而巴鲁特、贝克、赫斯特内斯、里瓦斯和萨莱西等人早前从其经典狄拉克电子模型中亦得出相同结论。电子无需任何外力即可持续绕自旋中心加速,因为惯性作用于自旋中心而非其电荷中心——后者是电子与电磁势相互作用的位置。 此外,这些经典狄拉克粒子模型通过在其拉格朗日函数中混合旋量与经典动力学变量,或仅使用后者,均与狄拉克方程等效,并表达了相同的自由电子动力学。
