Despre experimentul Stern-Gerlach

Am citit câte ceva despre experimentul Stern-Gerlach, dar nu m-am lămurit. În unele locuri se spune că apar trei pete, în alte locuri că apar doar două. De asemenea, se spune că acest experiment nu poate fi explicat de Fizica clasică. Mă poate lămuri cineva cum stă treaba?

Pe scurt, ca nu am foarte mult timp acum, experimentul stern-gerlach subliniaza insuficientele gandirii clasice si nevoia unei teorii cuantice. in esenta, e vorba despre urmatorul lucru:

un sistem aflat intr-o stare oarecare (necunoscuta) trece printr-un aparat de masura si experimental se observa doua rezultate ale masuratorii proprietatii z, in proportii egale, pe care pentru simplitate le notam z+ si z-. imagineaza-ti ca trimiti un flux foarte slab, particula cu particula (se poate realiza asta de foarte multa vreme) si masurand aceasta proprietate a fiecarei particule obtii fie z+, fie z-. iti pui intrebarea fireasca, de ce este asa? de ce sunt proportiile egale? poate ca pur si simplu particulele mele sunt fie in starea z+, fie in starea z-. Daca vei capta separat numai particulele in starea z+ si le vei supune unei masuratori a proprietatii x, vei constanta ca proportiile sunt din nou egale, in sensul ca jumatate din particulele cu proprietatea z+ vor avea proprietatea x+ iar restul x-. chestiunea senzationala, imposibil de explicat clasic este urmatoarea: daca vei izola particulele cu proprietatea x+ si le vei masura proprietatea z, vei obtine din nou ca jumatate din particule au proprietatea z+, iar celelate z-. Dar toate particulele care aveau proprietatea x+, aveau proprietatea z+! Nici una nu avea proprietatea z-! Asta este esenta experimentului Stern-Gerlagh, efectuat initial pe atomi de argint, proprietatea masurata fiind orientarea spinului (spinul este o observabila fara analog clasic). Am auzit si eu de varianta cu 3 spoturi dar nu am studiat-o in amanunt pana acum. oricum, nu cate spoturi sunt este esential, ci faptul ca sunt . Gandeste-te la aceste lucruri, voi reveni cu alte detalii si explicatii cand voi avea mai mult timp.

alefzero a scris:oricum, nu cate spoturi sunt este esential, ci faptul ca sunt

Ai făcut o sinteză interesantă ce merită recitită de mai multe ori. Într-adevăr, este esențial că există mai multe spoturi, nu doar unul singur. Dar asta cred că poate fi încercat de explicat cu Fizica clasică dacă se ține seama de faptul că chiar înainte de a intra în aparat, atomii au tendința să-și orienteze momentul magnetic după liniile câmpului magnetic al Pământului. Și cum există două poziții de echilibru în câmpul magnetic și cum atomii au un oarecare timp prin acest câmp, nu cred că trebuie să sărim repede și să aruncăm la gunoi Fizica clasică.

Daca vom considera ca data nasterii gandirii cuantice, ziua de 14 decembrie 1900, anume ziua in care Planck si-a publicat articolul cu privire la radiatia termica, atunci mecanica cuantica are deja mai bine de 100 de ani, deci nu-i o chestie de azi de ieri.
Campul magnetic al pamantului este de mii de ori mai slab decat generat in laboratoare pentru astfel de experimente, deci efectele lui sunt intru totul neglijabile. Oricum, important este faptul ca exista o teorie care sa explice acest fenomen (si multe altele) si care sa cuprinda si mecanica clasica. De fapt aici e frumusetea, mecanica clasica nu este aruncata la gunoi, ci generalizata (si intr-un sens, simplificata) pentru a putea opera si la nivel atomic.

alefzero a scris:mecanica cuantica are deja mai bine de 100 de ani, deci nu-i o chestie de azi de ieri.

Poate avea și un milion de ani, că tot am dreptul s-o pun sub semnul îndoielii, din moment ce nu știe să-mi spună ce este acela „spin”. Am dreptul să propun alte teorii, care să nu inventeze noțiuni ce nu pot fi înțelese.

Campul magnetic al pamantului este de mii de ori mai slab decat generat in laboratoare pentru astfel de experimente, deci efectele lui sunt intru totul neglijabile.

Sunt de acord cu tine, doar că eu ziceam că momentele magnetice microscopice se pot orienta în câmpul magnetic al Pământului înainte ca fluxul de particule să intre în aparat.

Oricum, important este faptul ca exista o teorie care sa explice acest fenomen (si multe altele) si care sa cuprinda si mecanica clasica. De fapt aici e frumusetea, mecanica clasica nu este aruncata la gunoi, ci generalizata (si intr-un sens, simplificata) pentru a putea opera si la nivel atomic.

Eu zic că nu există nicio teorie care să explice fenomenul. Mecanica cuantică doar descrie fenomenul, inventând noțiuni de neînțeles pe care le folosește cu nonșalanță. Numai noțiunile care fac o legătură armonioasă cu noțiunile macroscopice pot fi înțelese, ceea ce nu este cazul cu noțiunile mecanicii cuantice.

nu mecanica cuantica trebuie sa-ti spuna ce este spinul, ci teoria cuantica a campurilor, caci in esenta spinul este un efect relativist, dar acesta este un subiect in care deocamdata nu sunt expert, asa ca va trebui sa intrebi pe altcineva, sa te uiti singur sau sa astepti sa ajung acolo . evident ai tot dreptul sa propui ce doresti, cu conditia sa ai niste baze (pe care presupun ca le ai) caci altfel nu faci decat sa te pacalesti singur.

mecanica cuantica explica orice fenomen, pe baza postulatelor sale. notiunile sunt intr-adevar mai abstracte, dar asa cum ti-am spus, nu sunt decat generalizari ale structurilor clasice (ai formulari lagrangiene, hamiltoniene sau in termeni de comutatori [generalizarea parantezelor poisson], care sunt intru totul echivalentele).
iata care este esenta teoriei cuantice: inainte de efectuarea unei masuratori, un sistem fizic este intr-o stare necunoscuta, reprezentata printr-un vector abstract, numit vector de stare, apartinand unui spatiu vectorial abstract numit spatiu Hilbert, echipat cu diverse proprietati, dar aceste detalii nu sunt relevante in momentul de fata. ideea e ca, asa cum stii de la algebra liniara, orice vector poate fi scris ca o combinatie liniara a unui set ortonormat (o baza) si exact aceeasi idee o aplici si aici. consideri ca starea nescunoscuta este o combinatie liniara (o superpozitie) de "stari proprii" ale sistemului, iar in momentul efectuarii unei masuratori, superpozitia este distrusa si vei masura, cu o anumita probabilitate, o anumita stare proprie. mecanica cuantica este imposibil de inteles daca refuzi sa-ti largesti orizontul de gandire. odata ce te obisnuiesti sa gandesti probabilistic insa, lucrurile merg de la sine.

uite, ca fapt divers, un mare fizician al vremurilor de pionierat ale mecanicii cuantice si-a pus problema cuantificarii sarcinii electrice. in 1931 a publicat un articol in care a aratat ca sarcina electrica este intr-adevar cuantificata daca exista in intregul Univers macar un singur monopol magnetic si a descris toate proprietatile acestei entitati. Acum cateva zile, acesti monopoli au fost descoperiti si se bucurau de toate proprietatile care au fost prevazute, acum 80 de ani.

alefzero a scris:nu mecanica cuantica trebuie sa-ti spuna ce este spinul, ci teoria cuantica a campurilor, caci in esenta spinul este un efect relativist, dar acesta este un subiect in care deocamdata nu sunt expert, asa ca va trebui sa intrebi pe altcineva, sa te uiti singur sau sa astepti sa ajung acolo . evident ai tot dreptul sa propui ce doresti, cu conditia sa ai niste baze (pe care presupun ca le ai) caci altfel nu faci decat sa te pacalesti singur.

Interesante observații! Totuși, cred că tu ai șanse să devii mai repede expert decât mine, deci voi aștepta până când vei înțelege ce este spinul și ne vei arăta și nouă.

mecanica cuantica explica orice fenomen, pe baza postulatelor sale. notiunile sunt intr-adevar mai abstracte, dar asa cum ti-am spus, nu sunt decat generalizari ale structurilor clasice (ai formulari lagrangiene, hamiltoniene sau in termeni de comutatori [generalizarea parantezelor poisson], care sunt intru totul echivalentele).

Faină chestie! Bun, păi dacă-i așa, înseamnă că ne poți arăta o paranteză Poisson pe care s-o pot aplica în aceeași formă atât pentru un fermion, cât și pentru o cometă. Oare se poate?

iata care este esenta teoriei cuantice: inainte de efectuarea unei masuratori, un sistem fizic este intr-o stare necunoscuta, reprezentata printr-un vector abstract, numit vector de stare, apartinand unui spatiu vectorial abstract numit spatiu Hilbert, echipat cu diverse proprietati, dar aceste detalii nu sunt relevante in momentul de fata. ideea e ca, asa cum stii de la algebra liniara, orice vector poate fi scris ca o combinatie liniara a unui set ortonormat (o baza) si exact aceeasi idee o aplici si aici. consideri ca starea nescunoscuta este o combinatie liniara (o superpozitie) de "stari proprii" ale sistemului, iar in momentul efectuarii unei masuratori, superpozitia este distrusa si vei masura, cu o anumita probabilitate, o anumita stare proprie.

Înseamnă că mecanica cuantică nu poate fi aplicată la corpuri individuale, ci doar la un grup de corpuri. Ei bine, asta este deja o limită de care trebuie să ne debarasăm cât mai repede.

mecanica cuantica este imposibil de inteles daca refuzi sa-ti largesti orizontul de gandire. odata ce te obisnuiesti sa gandesti probabilistic insa, lucrurile merg de la sine.

Nu așa merge treaba... Nu eu trebuie să fiu obligat să-mi schimb modul normal de a gândi, ci mecanica cuantică trebuie să renunțe la modul aberant de a „explica” lumea. O explicație bună trebuie să poată fi dată și unui licean.

Uite, îți dau eu o încercare de explicație care nu face apel la schimbarea modului de a gândi. Particulele se mișcă pe o elice, unele într-un sens, altele în alt sens. Când intră în aparat, axa elicei este deviată, în funcție de torsiune, una în sus, alta în jos. Și așa apar cele două pete. Cam asta ar fi esența Fizicii elicoidale. Ce zici, poate înțelege un licean așa ceva? Eu cred că da.

Problema aceasta cred ca este simpla, daca se tine seama ca orice particula este insotita de o unda.
Nu stiu daca in scoala vi s-a facut experimentul cu doua pendule agatate de acelasi cadru-suport. Daca un pendul este in repaus, si se pune in miscare celalalt pendul, dupa un timp, si pendulul care era in repaus se va pune in miscare, dar nu oricum, ci in antifaza.
Asa se intampla si cu particulele, care doua cate doua, vor oscla in antifaza. Aceasta are legatura si cu spinul +/_ 1/2 , al electronului, care cel mai bine se observa la primul orbital, la care, nu pot fi decat doi electroni cu spini opusi. Atat particulele, cat si atomii, sau moleculele, oscileaza pe frecvente proprii, dar nu in faza, ci doua cate doua in antifaza astfel incat cristalul, sau corpul respectiv in ansamblu sa fie in repaus, altfel corpul s-ar pune singur in miscare.