Вращение в микромире. Трудности спина (и не только)
Добавлено: Сб мар 21, 2009 3:05 pmПрежде небольшой обзор, не претендующий на роль канонического и без особого погружения в детали
Выдержки:
1) Спин — собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. Спином называют также собственный момент импульса атомного ядра или атома; в этом случае спин определяется как векторная сумма (вычисленная по правилам сложения моментов в квантовой механике) спинов элементарных частиц, образующих систему, и орбитальных моментов этих частиц, обусловленных их движением внутри системы. Таким образом, спин — это внутренняя характеристика частицы, причём характеристика исключительно квантовая, не имеющая места в классической механике (вспомним, что в классической механике материальная точка, по определению, есть объект без каких-либо внутренних степеней свободы). Часто встречающаяся аналогия между электроном (вращение электрона вокруг собственной оси наподобие волчка) и «быстро вращающимся волчком» неудачна, и при сколько-нибудь аккуратном обсуждении её использовать нельзя. Несмотря на то, что спин не связан с реальным вращением частицы, он тем не менее порождает определённый магнитный момент, а значит, приводит к дополнительному (по сравнению с классической электродинамикой) взаимодействию с магнитным полем. Здесь на мой взгляд неувязка, которая убирается фразой «исключительно квантовая, не имеющая места в классической механике». Этой фразой прибирается многое в квантовой механике, но и отказать ей в допустимости нельзя. Глупо микромир рассматривать исключительно с позиций макромира. Логика: микромир – точечный. А раз точечный, значит, понятие вращения применять к таким объектам бессмысленно. С атомным ядром сложнее, потому как «точечность» в отношении ядра будет уже приближением. В конкретных моделях атомного ядра его размер «опускается», поэтому считается, что противоречий в данном случае нет. Вывод: вращение со спином не ассоциируется. Подобной трактовки придерживается например Википедия: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BF%D0%B8%D0%BD
2) Спин (англ. spin — вертеть[-ся]). Любое вращающееся тело обладает моментом импульса относительно своего центра масс; это собственный момент тела, или спин. Спиновый момент, или просто, спин атома или атомного ядра является характеристикой, аналогичной моменту импульса вращающегося волчка или гироскопа. Момент импульса твердого тела, вращающегося вокруг оси, определяется как сумма моментов импульсов всех частиц этого тела относительно той же оси; этот момент равен сумме произведений массы частицы на ее скорость и на кратчайшее расстояние частицы до оси вращения. Вектор момента импульса параллелен оси вращения и направлен в сторону перемещения винта с правой резьбой при таком же вращении. http://www.krugosvet.ru/articles/22/100 ... 2297a1.htm
Разделились ли мнения? Я думаю всё же, что и «да» и «нет». Что мне даёт основания так думать? Обратимся к моделям строения атомного ядра. Общеизвестные: оболочечная и орбитальная. Менее известна ротационная модель (автор американский физик Дж.Рейнуотор, кажется 1950 год; предположение формы ядра как эллипсоида вращения). Интересна гипотеза о сверхтекучести ядерной материи (Н.Н. Боголюбов 1958). Аналогично тому, как спаривание электронов в металлах порождает сверхпроводимость (эффект Купера), спаривание нуклонов должно приводить к сверхтекучести ядерного вещества. В безграничном ядре (ядерной материи) в единую «частицу» (куперовскую пару) объединялись бы нуклоны с равными по величине, но противоположными по знаку импульсами и проекциями спинов. В реальных ядрах предполагается спаривание нуклонов с одними и теми же значениями квантовых чисел (j, l) и с противоположными проекциями полного момента вращения нуклона, равными —j, —j + 1,... j—1, j. Есть ещё представления о кластерной (блочной) структуре ядра атома. Например предполагается, что ядро 6Li значительную часть времени проводит в виде дейтрона и a-частицы, вращающихся относительно центра тяжести ядра. Можно пробовать и классические подходы к строению атома http://newkvant.narod.ru/ . Допускаю и то, что перечень моделей значительно больше.
Иногда в литературе указывают: «Все ядерные модели играют роль более или менее вероятных рабочих гипотез. Последовательное же объяснение наиболее важных свойств ядер на прочной основе общих физических принципов и данных о взаимодействии нуклонов остаётся пока одной из нерешенных фундаментальных проблем современной физики». Вряд ли с этим можно спорить. Расстроился из-за Википедии, которая не сочла нужным на сиё обстоятельство указать . Даже на Рейнуотора отдельной статьи открывать не стала (ограничилась краткой биографией, как Нобелевского лаурета по физике, а может просто плохо искал ) Далее. Самое занятное заключается в том, что не имея «всеохватности», каждая из этих моделей применима для своего круга решаемых задач. Поэтому имеет до сих пор «хождение», даже орбитальная модель атома. Некоторые задачи в ней решаются и объясняются лучше (в обычной химии до сих пор орбитали никто кажется не отменял, не специалист, но по памяти ВУЗ-образования это так). Поэтому можно спорить до бесконечности (в отношении того же вращения), и каждый по своему будет прав.
А что у нас с эмпирикой? Для того чтобы доказать вращение нужно непрерывное наблюдение. А с этим сложно. Отдельные «фото» атомов с трудом получаем, не говоря уже об остальном.
Выдержки:
1) Спин — собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. Спином называют также собственный момент импульса атомного ядра или атома; в этом случае спин определяется как векторная сумма (вычисленная по правилам сложения моментов в квантовой механике) спинов элементарных частиц, образующих систему, и орбитальных моментов этих частиц, обусловленных их движением внутри системы. Таким образом, спин — это внутренняя характеристика частицы, причём характеристика исключительно квантовая, не имеющая места в классической механике (вспомним, что в классической механике материальная точка, по определению, есть объект без каких-либо внутренних степеней свободы). Часто встречающаяся аналогия между электроном (вращение электрона вокруг собственной оси наподобие волчка) и «быстро вращающимся волчком» неудачна, и при сколько-нибудь аккуратном обсуждении её использовать нельзя. Несмотря на то, что спин не связан с реальным вращением частицы, он тем не менее порождает определённый магнитный момент, а значит, приводит к дополнительному (по сравнению с классической электродинамикой) взаимодействию с магнитным полем. Здесь на мой взгляд неувязка, которая убирается фразой «исключительно квантовая, не имеющая места в классической механике». Этой фразой прибирается многое в квантовой механике, но и отказать ей в допустимости нельзя. Глупо микромир рассматривать исключительно с позиций макромира. Логика: микромир – точечный. А раз точечный, значит, понятие вращения применять к таким объектам бессмысленно. С атомным ядром сложнее, потому как «точечность» в отношении ядра будет уже приближением. В конкретных моделях атомного ядра его размер «опускается», поэтому считается, что противоречий в данном случае нет. Вывод: вращение со спином не ассоциируется. Подобной трактовки придерживается например Википедия: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BF%D0%B8%D0%BD
2) Спин (англ. spin — вертеть[-ся]). Любое вращающееся тело обладает моментом импульса относительно своего центра масс; это собственный момент тела, или спин. Спиновый момент, или просто, спин атома или атомного ядра является характеристикой, аналогичной моменту импульса вращающегося волчка или гироскопа. Момент импульса твердого тела, вращающегося вокруг оси, определяется как сумма моментов импульсов всех частиц этого тела относительно той же оси; этот момент равен сумме произведений массы частицы на ее скорость и на кратчайшее расстояние частицы до оси вращения. Вектор момента импульса параллелен оси вращения и направлен в сторону перемещения винта с правой резьбой при таком же вращении. http://www.krugosvet.ru/articles/22/100 ... 2297a1.htm
Разделились ли мнения? Я думаю всё же, что и «да» и «нет». Что мне даёт основания так думать? Обратимся к моделям строения атомного ядра. Общеизвестные: оболочечная и орбитальная. Менее известна ротационная модель (автор американский физик Дж.Рейнуотор, кажется 1950 год; предположение формы ядра как эллипсоида вращения). Интересна гипотеза о сверхтекучести ядерной материи (Н.Н. Боголюбов 1958). Аналогично тому, как спаривание электронов в металлах порождает сверхпроводимость (эффект Купера), спаривание нуклонов должно приводить к сверхтекучести ядерного вещества. В безграничном ядре (ядерной материи) в единую «частицу» (куперовскую пару) объединялись бы нуклоны с равными по величине, но противоположными по знаку импульсами и проекциями спинов. В реальных ядрах предполагается спаривание нуклонов с одними и теми же значениями квантовых чисел (j, l) и с противоположными проекциями полного момента вращения нуклона, равными —j, —j + 1,... j—1, j. Есть ещё представления о кластерной (блочной) структуре ядра атома. Например предполагается, что ядро 6Li значительную часть времени проводит в виде дейтрона и a-частицы, вращающихся относительно центра тяжести ядра. Можно пробовать и классические подходы к строению атома http://newkvant.narod.ru/ . Допускаю и то, что перечень моделей значительно больше.
Иногда в литературе указывают: «Все ядерные модели играют роль более или менее вероятных рабочих гипотез. Последовательное же объяснение наиболее важных свойств ядер на прочной основе общих физических принципов и данных о взаимодействии нуклонов остаётся пока одной из нерешенных фундаментальных проблем современной физики». Вряд ли с этим можно спорить. Расстроился из-за Википедии, которая не сочла нужным на сиё обстоятельство указать . Даже на Рейнуотора отдельной статьи открывать не стала (ограничилась краткой биографией, как Нобелевского лаурета по физике, а может просто плохо искал ) Далее. Самое занятное заключается в том, что не имея «всеохватности», каждая из этих моделей применима для своего круга решаемых задач. Поэтому имеет до сих пор «хождение», даже орбитальная модель атома. Некоторые задачи в ней решаются и объясняются лучше (в обычной химии до сих пор орбитали никто кажется не отменял, не специалист, но по памяти ВУЗ-образования это так). Поэтому можно спорить до бесконечности (в отношении того же вращения), и каждый по своему будет прав.
А что у нас с эмпирикой? Для того чтобы доказать вращение нужно непрерывное наблюдение. А с этим сложно. Отдельные «фото» атомов с трудом получаем, не говоря уже об остальном.