Море Дірака для масивної частинки. • частки, • античастинки
Рівняння Дірака передбачає існування негативних рівнів енергії для електронів. Буквальне тлумачення даного феномена означало б можливість електронів провалюватися на негативні рівні, вивільняючи «неіснуючу» енергію. що суперечить досвіду.
Оскільки електрони є ферміонами і, отже, для них справедливий принцип Паулі (в одному стані не може одночасно перебувати більше одного електрона), Дірак припустив, що всі негативні рівні заповнені морем неспостережуваних електронів. Однак, при додатку зовнішньої енергії можливий перехід електрона з негативного рівня на позитивний. На місці, що звільнилося залишиться незайняте (пусте) стан - дірка. Воно буде виглядати як частка. має масу електрона і заряд. протилежний заряду електрона. Це - антиелектрон (позитрон). Електрон з позитивною енергією стане звичайним спостережуваним електроном.
Можливий зворотний процес: анігіляція. Електрон з позитивною енергією, взаємодіючи з антиелектрона, потрапляє в порожнє стан, заповнюючи його (тобто знищуючи антиелектрон) і пропадає сам. Виділяється тільки енергія.
Модель моря Дірака не працює для бозонів. а багато хто з них (хоча не всі) теж мають античастинками.
У наведеній формулюванні модель виглядає несиметрично, чого не видно обґрунтування, т. К. Електрон і його античастинка, здавалося б, рівноправні. Цей недолік можна усунути теоретичним припущенням, що «зайняті» та «вільні» стану теж рівноправні (див. Перетворення Боголюбова).
Модель має математичні вади, викликані розглядом нескінченного числа негативних станів, все (або майже все) з яких зайняті. Виходячи з міркувань фізики, також неясно, чому електричний заряд вакууму (нібито набитого електронами) повинен неодмінно бути нульовим. Спроби позбутися від цих парадоксів також виводять на деякі ідеї квантової теорії поля. розробленої вже після винаходу «моря» і експериментального підтвердження існування античастинок.
У сучасній фізиці теорія «моря Дірака» не сприймається буквально. Подальшим розвитком цієї ідеї можна вважати океан Хіггса.