CE ESTE SPINUL?

De la Wikipedia, enciclopedia liberăSalt la: În fizică și chimie, spinul este un moment cinetic propriu al unei particule elementare. În mecanica clasică, impulsul unghiular al unui corp este asociat cu rotația corpului în jurul propriului său centru de masă. În mecanica cuantică, spinul este deosebit de important pentru sistemele de dimensiuni atomice, cum ar fi atomii, protonii, sau electronii. Astfel de particule au anumite caracteristici neclasice iar pentru ele, impulsul unghiular intrinsec nu poate fi asociat cu o rotație ci se referă doar la prezența impulsului unghiular. Conceptul de spin pentru particule elementare a fost propus inițial de Ralph Kronig, George Uhlenbeck, and Samuel Goudsmit, în 1925 ca fiind o rotație a particulelor în jurul axei proprii.

[modificare] Descoperirea experimentala a spinului[modificare] Experimentul Stern-GerlachStern și Gerlach (1922) au urmărit sa măsoare momentele magnetice ale atomilor individuali studiind comportarea unui fascicol de atomi intr-un câmp magnetic neomogen și încercand sa verifice formula teoretica : μz=-mμb (unde μz este proiectia momentului magnetic orbital, iar μb este magnetonul Bohr-Procopiu). In experimentul lor, un fascicol de atomi de Argint obtinuti cu ajutorul unui cuptor se deplaseaza dupa directia axei x, întâlnind în drum un câmp magnetic orientat dupa axa z, adica perpendicular pe directia de mișcare a atomilor. Acest câmp magnetic poseda o mare neomogenitate în spatiu, și ca urmare, asupra polilor dipolului magnetic atomic acționează forte de marimi diferite, a caror rezultanta imprima dipolului o acceleratie fie în sensul câmpului, fie în sens opus, în functie de orientarea dipolului în raport cu câmpul. Daca dipolul atomic s-ar afla intr-un câmp magnetic omogen, forta rezultanta care ar actiona asupra sa ar fi nula, deoarece forta magnetica acționează asupra polului sau nord cu aceeași intensitate ca și asupra polului sau sud. S-a dovedit ca atomii în starea s poseda toti același moment magnetic, iar proiectia acestuia pe axa aleasa poate lua doar doua valori: μz=ąμb.

[modificare] Experimentul Einstein-De HaasO bara feromagnetica, atarnata de un fir de cuart, este magnetizata cu ajutorul unui curent ce trece prin bobina, bara efectuand apoi oscilatii de torsiune. Masurarea experimentala a factorului giromagnetic a condus la urmatoarele rezultate:

Raportul γ=-ge/2m0 are o valoare negativa, ceea ce indica ca magnetizarea barei feromagnetice este determinata de mișcarea electronilor;
valoarea factorului Lande, g, nu este egala cu 1 potrivit teoriei lui Schrodinger, ci egala cu doi.
[modificare] Ipoteza Uhlenbeck-GoudsmidtPentru a explica rezultatele celor doua experimente, Uhlenbeck și Goudsmidt (1925) au emis ipoteza, conform careia electronul poseda, pe langa momente orbitale, și momente cinetic și magnetic proprii. Aceste momente au primit denumirea de spin electronic, în legatura cu încercarea de a le lega de mișcarea de rotatie a electronului în jurul axei sale proprii. Momentul cinetic propriu al electronului este: |s|=sħ=˝ħ, astfel incat proiectia este: sz=msħ=ą˝ħ. Dupa introducerea spinului electronului au primit o interpretare corecta atat proprietățile magnetice ale substantelor, cat și structura de multiplet a liniilor spectrale emise de atomi.

[modificare] Generalități Una dintre cele mai remarcabile descoperiri asociate cu fizica cuantică este faptul că particulele elementare pot avea impuls unghiular nenul. Particulele elementare sunt particule ce nu pot fi divizate în unități mai mici, cum ar fi fotonul, electronul, și diferitele quarkuri. Studii teoretice și experimentale au arătat că spinul acestor particule nu poate fi explicat prin postularea ideii că ele sunt compuse din particule și mai mici care se rotesc în jurul unui centru comun de masă; din câte se știe, aceste particule elementare sunt cu adevărat punctiforme. Spinul lor este o proprietate fizică intrinsecă a acestor particule, din aceeași categorie cu masa sau sarcina electrică.

Conform mecanicii cuantice, impulsul unghiular al oricărui sistem este cuantificat. Modulul impulsului unghiular , poate lua valori doar conform acestei relații:

unde  este constanta lui Planck redusă, iar s este un număr nenegativ întreg sau semiîntreg (0, 1/2, 1, 3/2, 2, etc.), denumit numarul cuantic de spin. De exemplu, electronii (care sunt particule elementare) sunt denumite particule cu "spin-1/2" deoarece spinul lor este s = 1/2.

Spinul fiecărei particule elementare are o valoare S fixă care depinde doar de tipul particulei, și nu poate fi modificat prin niciun mijloc cunoscut (deși este posibil să fie modificată direcția vectorului impuls unghiular). Fiecare electron are s = 1/2. Alte particule elementare cu spin-1/2 sunt neutrinii și quarkurile. Pe de altă parte, fotonii sunt particule cu spin 1, iar gravitonul (particulă ipotetică) are spinul 2. Altă particulă ipotetică, bozonul Higgs este unică între particulele elementare, având spinul zero.

Spinul particulelor compuse, cum ar fi protonii, neutronii, nucleii atomici, și atomii, este alcătuit din spinurile particulelor constituente, iar impulsul lor unghiular este suma dintre spinul particulelor și impulsul unghiular orbital al mișcărilor acestor particule componente unele în jurul celorlalte. Condiția de cuantificare a impulsului unghiular se aplică atât particulelor elementare cât și celor compuse. Se spune despre unele particule compuse că au un spin definit, ca și cele elementare; de exemplu, protonul are spinul 1/2. Prin aceasta se înțelege spinul stării interne de energie minimă a particulei compuse.

[modificare] Spinul particulelor Aproape toate particulele, atat reale, cat si presupuse, au spini cuprinsi intre 0 si 2:

Spin 0: bosonul lui Higgs;
Spin 1/2: electronul, pozitronul, protonul, neutronul, quarcii, etc;
Spin 1: fotonul, bozonii Wą et Z0;
Spin 2: gravitonul.

Daca are cineva alte pareri sau idei despre spinul particulelor este rugat sa le expuna aici. Cred ca inainte de a vorbi despre spinul particulelor este necesar sa pornim de la origine, adica de la spinul fotonilor. Dupa cum se stie fotonul poate fi numit pe drept cuvant particula de energie, in care; E=h*niu; adica este produsul dintre constanta momentului cinetic si frecventa. Insa in paralel cu aceasta energie, mai apare inca odata constanta momentului cinetic prin spinul ce caracterizeaza fotonul. s=1*h ; deci energia si spinul sunt doua probleme distincte.

....ne arati si noua....un DESEN....cu SISTEMUL CARE ARE....o mancarime ....spinala....?...asta ca sa vedem realitatea... DESCRISA DE TINE...!.
.....ia deseneaza mataluta.....ARGUMENTAT....cele vorbite....!...posteaza desene, filme....poze...fara cuvinte, caci suntem satui....1 POZA FACE CAT 1000 de cuvinte!
...ARATA-NE ....CEVA....caci alte pareri sau idei despre spinul particulelor sunt ....toate cai verzi pe pereti.
BIBLIA....il descrie pe DUMNEZEU...insa nu am vazut nici o poza cu ...dumnealui...!
....NE POVESTESTI DESPRE ...SPIN.....arata-ne CEVA...fotografii...cu el...ca-mi suna a...INDOCTRINARE STIINTIFICA!

Poftim.



Trebuie să fug la muncă imediat, așa că n-am timp de comentarii detaliate acum, dar ideea de bază este că spinul este o mărime fizică similară momentului cinetic orbital, diferența fiind că primul este independent de gradele spațiale de libertate ale particulei studiate.

Este o REALITATE sau UN PRINCIPIU?
...accept ca este un principiu...
In acest caz, hai sa-l enuntam...!...CE ESTE SPINUL?
....
si....sa vedem cum aplicam acest principiu....un cluster sferic, unei realitati...
Acest principiu trebuie aratat....LA TREABA...!
...asteptam descrieri...si poze...SA VEDEM REALITATEA...!

Cu tine, WoodyCAD, ar trebui să-i fie până acum suficient de clar oricui care a dat pe aici că e imposibil și nu are sens să poarte o discuție, de aceea poți ignora acest mesaj și să-ți vezi mai departe de REALITATEA ta și mai ales de clusterii sferici.

Pentru ceilalți vreau să scriu puțin pe marginea pozei postate mai sus, din ce-mi amintesc, în caz că au nelămuriri.

Atomul este în ansamblul său neutru din punct de vedere electric, dar asta nu înseamnă că este inert la acțiunea unui câmp electromagnetic. Chiar și o analiză clasică foarte simplă scoate în evidență că atomul posedă atât un moment dipolar electric, cât și unul magnetic, prin intermediul cărora poate cupla cu un câmp. Imaginea de mai sus constituie o reprezentare schematică a unui experiment Stern-Gerlagh, a cărui idee este următoarea: se generează printr-un procedeu oarecare un jet de atomi, de preferat un element cât mai greu, astfel încât momentele dipolare totale de care am amintit să fie cât mai mici (cu cât sunt mai mulți electroni, cu atât este contribuția totală mai mică, deoarece apar anulări reciproce, iar ceea ce rămâne ar fi momentul unei singure sarcini); acest jet este colimat, pentru ca toți atomii să aibă direcții de deplasare cât mai apropiate, și fasciolul obținut se trece printr-un câmp magnetic. Dacă atomii s-ar comporta ca niște particule clasice, ar trebui ca momentele lor magnetice să cupleze la câmp și fiecare să fie deviat individual în funcție de mărimea și orientarea dipolului față de câmp, astfel că dacă am pune un ecran în calea fasciolului, odată ce acesta a trecut de câmpul magnetic, în loc sa obținem un punct micuț ar trebui să vedem o pată mare.

Surpriza a venit când s-a constatat că în locul unei pete se obțin mai multe, în poza noastră se obțin 3, întotdeauna așezate simetric față de punctul ce ar corespunde fasciolului neperturbat.

Explicația dată de mecanica cuantică este una destul de simplă în esență, dar evident că poate părea complicată sau lipsită de sens pentru o persoană lipsită de bunăvoință, cu mintea închisă, sau cum s-ar zice, cu idei puține și fixe. Natura demonstrează că este o idee bună însă, dovezile fiind experimente de tipul celui discutat mai sus și toate spectrele de emisie care s-au analizat vreodată pe lumea asta. Este vorba despre cuantificarea momentului cinetic, idee pe care nu am timp și energie ca s-o discut în amănunt acum, dar merită menționat că deși poate părea stranie, este o consecință matematică a unui fapt foarte simplu: rotațiile unui corp în jurul unor axe diferite nu comută. Mai mult, teoria născută de aici prezice în mod exact și corect de ce în experimente de tip S-G se obțin 2,3,4,5 sau nu știu câte pete, cât și structura spectrului de emisie pentru cam orice lucru vă puteți imagina, de la atomi individuali, la macromolecule sau stele.

Pentru ceilalți vreau să scriu puțin pe marginea pozei postate mai sus, din ce-mi amintesc, în caz că au nelămuriri.

Foarte corecta expunerea ta, si vreau sa-ti multumesc pentru asta. Sigur aici este vorba de atom, care fiind o structura de particule in miscare, problema este foarte clara. Mai greu de inteles mi se pare insa, atunci cand este vorba de spinul fotonului sau a unei particule precum electronul.

Atomul îl are tocmai pentru că și constituenții săi îl au. Ideea e că momentul magnetic pe care l-am tot amintit este proporțional cu mărimea acestui ”spin”, ce într-adevăr în mecanică cuantică nerelativistă trebuie pus cu mâna. Există evidența experimentală care poate fi explicată dacă îi postulezi existența și comportamentul asemenea unui moment cinetic, dar nu-i poți înțelege existența. Asta apare abia în teoriile relativiste.

Ca să dau un exemplu, dintr-un experiment S-G poți determina că spinul unui electron are valoarea 1/2 unități de moment cinetic (de regulă prin ”unități moment cinetic” înțelegi constanta lui Planck) și în consecință două posibile proiecții pe o axă de coordonate, anume -1/2 și +1/2 (astea rezultă din cuantificare), dar rămâne întrebarea de unde apare totuși. Răspunsul îl găsești dacă încerci să elaborezi o teorie relativistă a electronului, așa cum a făcut Dirac. El a căutat ceva foarte simplu, anume o ecuație liniară în variabilele spațiale și variabila temporală, care să respecte relația dintre impuls și energie din teoria relativității și care să respecte și principiile mecanicii cuantice, în principal să producă o densitate de probabilitate ce să fie pozitiv definită (înaintea sa fusese descoperită ecuația Klein-Gordon, care a fost abandonată atunci tocmai pentru că nu respecta această ultimă cerință, dar a fost reluată mai târziu în alt context). Impunând toate aceste lucruri a descoperit ecuația care-i poartă numele, și a descoperit că soluțiile nu sunt funcții obișnuite ci niște obiecte având 4 componente separate, pe care astăzi le numim spinori Dirac. Mai departe a constatat că aceste 4 componente erau cuplate în 2 perechi. În fiecare pereche, una dintre componente determina semnul energiei electronului, adică din ecuația lui (scrisă pentru electroni liberi) reieșea că pot exista și electroni de energie cinetică pozitivă, cât și negativă, iar cealaltă componentă din fiecare pereche tocmai asta spunea, că un electron liber nu este descris complet numai de energia sa ci și de această variabilă de spin, ale cărei valori ieșeau în concordanță cu ce se știa deja din teoria momentului cinetic.

Astfel, ideea e că spinul apare automat în momentul în care încerci să construiești o teorie relativistă pentru particulele tale, se pune problema acum care-i sensul particulelor libere cu energie negativă, dar asta-i altă problemă, rezolvată în alt context .

Mai departe a constatat că aceste 4 componente erau cuplate în 2 perechi. În fiecare pereche, una dintre componente determina semnul energiei electronului, adică din ecuația lui (scrisă pentru electroni liberi) reieșea că pot exista și electroni de energie cinetică pozitivă, cât și negativă, iar cealaltă componentă din fiecare pereche tocmai asta spunea, că un electron liber nu este descris complet numai de energia sa ci și de această variabilă de spin, ale cărei valori ieșeau în concordanță cu ce se știa deja din teoria momentului cinetic.

Deci fiecare particula este descrisa de doua informatii; energie si spin.
Dar cand spunem energie se refera la energia interna continuta in masa de repaus a particulei, sau de energia cinetica de miscare a acesteia? sau poate de amandoua?

Ambele, energia cinetica + energia de repaos. Daca ar fi vorba de stari legate, n-ar fi o problema ca energia totala sa fie negativa, problema e ca ecuatia spunea ca exista electroni liberi cu o astfel de energie, ceea ce e greu de inteles, deoarece conduce la o "catastrofa". Spectrul energetic al electronilor liberi este descris de relatia dintre impuls si energie in relativitate, adica de



ori asta spune ca energia este



sau la fel de bine



Deci spectrul total este reuniunea intervalelor si (intervalele sunt inchise la capatul energiei de repaos, dar am uitat cum inserez paranteza patrata in tex ). Catastrofa intervine cand realizam ca in mecanica cuantica un sistem se poate dezexcita spontan de pe o stare superioara energetic pe una inferioara, ori in cazul nostru, spectrul fiind nemarginit, un electron s-ar putea dezexcita cat vrea de mult, eliberand o cantitate colosala de energie. Dirac a ocolit problema asta prin asa numita teorie a golurilor. El a presupus ca toate starile de energie negativa sunt deja ocupate, iar in eventualitatea in care una dintre ele sa elibereaza totusi, noi o percem ca un electron avand sarcina pozitiva, care se dovedeste a fi particula ce are conform ecuatiei sale energie negativa cand e libera. La scurta vreme dupa, Anderson a descoperit pozitronul si s-a lasat cu ceva premii Nobel. In ziua de astazi lucrurile sunt ceva mai clare,nu tot ce a lasat Dirac in urma s-a dovedit a fi corect (teoria aceasta a golurilor nu e, dar antiparticulele totusi exista, din alte motive), dar revenind la semnificatia solutiilor ecuatiei Dirac, ideea finala e ca ea spune ca exista doua particule avand aceeasi masa si sarcini de semn contrar, ambele avand energia pozitiva si un parametru, spinul, ce se poate afla intr-una din doua stari posibile, "sus" sau "jos" in functie de cum se proiecteaza pe o axa de coordonate.

Intr-o vreme m-am gandit ce semnificatie fizica ar avea un amestec al acestor solutii, si cred ca acesta este de fapt domeniul electrodinamicii cuantice.

omuldinluna a scris: Este vorba despre cuantificarea momentului cinetic, idee pe care nu am timp și energie ca s-o discut în amănunt acum, dar merită menționat că deși poate părea stranie, este o consecință matematică a unui fapt foarte simplu: rotațiile unui corp în jurul unor axe diferite nu comută. Mai mult, teoria născută de aici prezice în mod exact și corect de ce în experimente de tip S-G se obțin 2,3,4,5 sau nu știu câte pete, cât și structura spectrului de emisie pentru cam orice lucru vă puteți imagina, de la atomi individuali, la macromolecule sau stele.

Ne poti indica un link unde gasim problema in detaliu ?

Cred ca despre diagrama aceasta este vorba in marea de electroni cu energie negativa a lui Dirac;

Dirac a spus ca toate nivelele de energie negativa sunt ocupate, iar in momentul cand o cuanta de energie ce depaseste intervalul de 2mc^2; o particula de energie negativa face un salt in zona energiilor pozitive, iar locul ramas liber corespunde antiparticulei, loc care va fi ocupat de alte particule cu energie negativa.

Exact. Și are o primă mare problemă din cauza faptului că merge numai pentru fermioni. La bosoni nu mai ține pentru că pot să condenseze toți pe o stare dată, deci n-ai avea cum să umpli (așa numita) mare Dirac de stări de energie negativă. Cumva și din punct de vedere filosofic ideea e neatrăgătoare. Pe undeva, e nesatisfăcător să postulezi că există o astfel de mare pe care nu o poți detecta, dar poți vedea cum răsare câte un gol din ea sub forma unui pozitron. Oricum ideea n-a fost abandonată total. A pierdut teren în favoarea teoriilor cuantice de câmp, dar încă se investighează niște fenomene foarte exotice (despre care nici măcar nu știu dacă sunt confirmate experimental sau doar pure speculații) precum așa numita dezintegrare a vidului (vacuum decay) din perspectiva ei.

Revenind la cuantificarea momentului cinetic, pe Internet nu știu dacă există expuneri detaliate, deoarece socoteala e destul de lungă, chiar dacă în esență foarte simplă. Se găsește în orice carte de mecanică cuantică însă, este un subiect pe care voiam și eu să-l expun aici dar meh, dorințele sunt multe, timpul este limitat. Până una alta, cine e foarte interesat să-mi lase un pm cu o adresă de e-mail și îi trimit bibliografia din care am investigat și eu problema. N-am pretenția să fiu expert în ce e scris în acele cărți, dar acest capitol în particular l-am înțeles destul de bine. Ar fi frumos să înceapă poate chiar altcineva expunerea. Evident, unde sunt neclarități în socoteli pot fi întrebat oricând și ajut cu cea mai mare plăcere.

Pe undeva, e nesatisfăcător să postulezi că există o astfel de mare pe care nu o poți detecta, dar poți vedea cum răsare câte un gol din ea sub forma unui pozitron.

Aici Dirac a facut urmatoarea comparatie; daca mergi cu masina pe un drum pietruit care ar insemna marea cu particule de energie negativa, nu ai sa sesizezi nici o denivelare, dar atunci cand intalnesti o piatra scoasa de la locul ei ai sa sesizezi in mers si piatra, adica electronul si golul lasat de piatra, adica pozitronul. Mi se pare foarte plastica comparatia aceasta care este usor de inteles.

Catastrofa intervine cand realizam ca in mecanica cuantica un sistem se poate dezexcita spontan de pe o stare superioara energetic pe una inferioara, ori in cazul nostru, spectrul fiind nemarginit, un electron s-ar putea dezexcita cat vrea de mult, eliberand o cantitate colosala de energie.

Nu am citit despre acest aspect, dar mergand pe principiul laserului, un numar de atomi (cristal de rubin, gaz inert...) care sunt excitati printr-o radiatie din exterior, revine la starea energetica initiala, si nu cade niciodata intr-o stare energetica mai scazuta decat in cea care a fost.
Atomul poate fi comparat cu un diapazon ce vibreaza pe nota "la" care este asezat pe un pian ce vibreaza cu o octava mai sus. Dupa ce pianul tace, diapazonul va emite un timp sunetul diferenta intre nota "la" si octava superioara a pianului, dupa care inceteaza si diapazonul sa vibreze. Niciodata diapazonul nu emite un sunet daca nu este excitat.

Aici e șmecheria. Atomii din cavitatea rezonantă a laserului sunt sisteme legate, cu o stare energetică minimă bine definită, sub care nu pot cădea. Ecuația Dirac spune însă că nu există o stare fundamentală pentru electroni liberi, și tocmai de aceea un electron poate trece dintr-o stare de energie oricât de înaltă într-una oricât de joasă, interzis fiind numai acel prag definit de energia de repaos. Acolo e castastrofa (cred că i se spunea catastrofa radiativă). A fost o problemă similară cu catastrofa ultravioletă din vremurile premergătoare mecanicii cuantice, sau cum este în momentul de față catastrofa vidului din cosmologie, ce încă își așteaptă soluționarea.

Ecuația Dirac spune însă că nu există o stare fundamentală pentru electroni liberi, și tocmai de aceea un electron poate trece dintr-o stare de energie oricât de înaltă într-una oricât de joasă, interzis fiind numai acel prag definit de energia de repaos.

Cred ca aici ar trebui sa intervina legea conservarii energiei si legea conservarii spinului, pentru ca niciodata un electron nu-si modifica singur starea energetica, decat daca se ciocneste de o alta particula, sau este franat de un camp, dar si atunci intervine spinul care se conserva iar pentru aceasta electronul trebuie sa fie in apropierea unui nucleu de la care sa preia diferenta de spin pentru a putea emite o cuanta.

Tocmai legea conservării energiei este cea care creează problema. Electronul se dezexcită pe o stare energetică inferioară, spontan (așa cum se întâmplă și în atom), dar cum nu există prag inferior, se poate duce oricât de jos dorește, emițând un foton de energie oricât de mare. Ai putea astfel să generezi oricât de multă energie dorești, pe mai nimic, ceea ce ar fi într-adevăr frumos, dar în lumea în care trăim acest lucru pare să fie imposibil.

Bună observația cu spinul. Într-un atom există reguli de selecție pentru tranzițiile spontane permise ce reies din conservarea momentului cinetic orbital, dar nu-mi amintesc acum pe loc în ce măsură joacă și spinul un rol.

Electronul se dezexcită pe o stare energetică inferioară,

Un electron liber, este o entitate care nu poate face un schimb energetic atat timp cat in apropierea lui nu se afla o alta entitate cu care sa faca acest schimb. Sigur intr-un referential un electron poate avea o anumita viteza, iar acelasi electron studiat din alt referential poate avea o alta viteza, dar asta nu inseamna ca electronul si-a schimbat starea, ci observatorul. Nu cred in pierderea spontana a energiei unui electron, atat timp cat din afara lui nu intervine o cauza.

S-ar întâmpla din exact același motiv pentru care se întâmplă și în atom, datorită interacției cu câmpul electromagnetic aflat în starea fundamentală. Dacă acest câmp nu ar exista, stările excitate ale unui atom izolat ar fi staționare, cu o durată de viață infinită. Existența acestui câmp permite însă să aibă loc schimbul, atomul să piardă energie prin dezexcitare și câmpul s-o câștige prin apariția unui foton. Cam asta s-ar petrece și cu electronul liber dacă lucrurile stăteau cum credea inițial Dirac.

Oricum, e de menționat aici că emisia spontană nu este posibilă într-o teorie clasică de câmp. Einstein a reușit s-o explice postulându-i însă existența, dacă vrei să vezi de ce apare trebuie să cuantifici mai întâi câmpul, tot așa cum dacă vrei să înțelegi de unde apare spinul trebuie să faci pasul înainte spre o descriere relativistă a particulelor. Nu poți explica totul rămânând captiv în cele mai simple aproximații ale lumii înconjurătoare.

Cam asta s-ar petrece și cu electronul liber dacă lucrurile stăteau cum credea inițial Dirac.

Oricum, e de menționat aici că emisia spontană nu este posibilă într-o teorie clasică de câmp. Einstein a reușit s-o explice postulându-i însă existența, dacă vrei să vezi de ce apare trebuie să cuantifici mai întâi câmpul,

Cred ca Dirac a facut prima apreciere de cuantificare a campului sub o forma mai simpla cand a zis ca in marea de particule cu energie negativa, particulele ocupa toate nivelele de energie negativa, asa cum electronii ocupa orbitalii unui atom. Chiar el a zis ca s-a inspirat de la modul cum electronii ocupa nivelele energetice din interiorul atomului. In ce priveste cuantificarea campului electromagnetic, cred ca imi prind urechile, dar din moment ce consider ca spatiul electromagnetic are o structura granulara, pot sa-mi imaginez ca un maxim sau un minim al campului electromagnetic nu este reprezentat printr-o functie continua, ci printr-o functie in trepte, precum curbele de nivel de pe hartile geografice. Astfel pierderea de energie a unei particule presupune alunecarea ei pe o treapta inferioara.

tot așa cum dacă vrei să înțelegi de unde apare spinul trebuie să faci pasul înainte spre o descriere relativistă a particulelor. Nu poți explica totul rămânând captiv în cele mai simple aproximații ale lumii înconjurătoare.

De aceia fizica a devenit atat de greu accesibila, si exprimata printr-un limbaj matematic destul de sofisticat pentru mine. Desi am invatat la timpul meu matematici superioare, nu am acordat atentia cuvenita, asa ca am ramas in urma in acest domeniu, iar ce fac eu acum incerc doar sa-mi racordez imaginatia la fenomenele observate experimental.
Pana la urma toate fenomenele fizice trebuie sa se poata exprima in cuvinte, indiferent cat de complexa este relatia matematica care le descrie.

In ce priveste cuantificarea campului electromagnetic, cred ca imi prind urechile, dar din moment ce consider ca spatiul electromagnetic are o structura granulara, pot sa-mi imaginez ca un maxim sau un minim al campului electromagnetic nu este reprezentat printr-o functie continua, ci printr-o functie in trepte, precum curbele de nivel de pe hartile geografice.

As vrea sa fac o analogie intre campul electromagnetic si, sa spunem, un camp acustic. In lipsa unei surse de sunet, nu exista nici un camp acustic, dar din moment ce un diapazon incepe sa vibreze, sunetul se raspandeste in mediul inconjurator (in cazul nostru, de regula prin aer). Daca insa vrem sa punem in evidenta sunetul, cu ajutorul unei corzi vibrante, vom observa ca lungimea corzii trebuie sa fie ajustata exact pe lungimea de unda a sunetului, pentru a obtine efectul maxim. Totusi in acelasi spatiu, vom obtine efecte similare si cu alte corzi vibrante de lungimi diferite, daca si numai daca lungimea acestora este acordata pe una din armonicele sunetului fundamental. Iata deci ca atat timp cat vibreaza diapazonul, in mediul inconjurator putem vorbi de un camp sonor, cuantificat pe anumite frecvente, a caror lungimi de unda vor fi multipli intregi ai lungimii de unda fundamentale. In mod asemanator cred ca trebuie inteles si spatiul electromagnetic din interiorul atomului.

Apreciez în mod deosebit implicarea lui omuldinluna pe acest topic pentru că el pare a fi cel mai în măsură să se erijeze într-un susţinător al Fizicii cuantice. De aceea, pentru moment consider că este relevant în acest subiect doar ceea ce a spus el.

Totuşi, nici din ceea ce s-a spus până acum n-am înţeles ce este spinul. Spinul este sau nu este un moment cinetic? Dacă este un moment cinetic, atunci al cui este acel moment cinetic? Cum puteţi vorbi despre spinul unor particule când nici măcar nu ştiţi ce sunt acelea particule?

Vedeţi voi în careva cameră cu ceaţă vreo particulă încât să puteţi trage concluzii despre momentul cinetic al particulelor? Nici vorbă. Voi vedeţi acolo doar un tub de substanţă cu anumite proprietăţi. Nu vedeţi particule. Deci voi nu-mi puteţi vorbi de spinul unei particule din moment ce nu mi-aţi definit în mod indubitabil ce este particula. Nu-mi puteţi vorbi aiurea despre experimentul Stern-Gerlach cu pretenţia că acolo vedeţi proprietăţile particulelor şi nu a tuburilor de substanţă.

A defini în mod indubitabil ce este particula înseamnă a defini particula pe înţelesul tuturor şi în aşa fel încât să nu existe dubii, să nu existe contraargumente. La cel mai mic contraargument la care nu aveţi explicaţie, pică toată definiţiile voastre şi trebuie reluate de la zero în aşa fel încât ele să aibă răspuns şi pentru contraargumentul acela.

Şi acuma să intrăm în amănunte:

omuldinluna a scris:Dacă atomii s-ar comporta ca niște particule clasice, ar trebui ca momentele lor magnetice să cupleze la câmp și fiecare să fie deviat individual în funcție de mărimea și orientarea dipolului față de câmp, astfel că dacă am pune un ecran în calea fasciolului, odată ce acesta a trecut de câmpul magnetic, în loc sa obținem un punct micuț ar trebui să vedem o pată mare.

Ai vreo demonstraţie pe undeva că aşa ar trebui să se întâmple? Putem avea certitudinea că acel cuptor emite atomi de argint cu momentele cinetice orientate în orice direcţie? S-a demonstrat experimental acest lucru? Nu cred. Dimpotrivă, pentru o asemenea presupunere trebuie dovezi serioase, mai ales dacă s-a ajuns ca o întreagă Fizică să depindă de ele. Iată, deci, unul dintre contraargumente.

Explicația dată de mecanica cuantică este una destul de simplă în esență, dar evident că poate părea complicată sau lipsită de sens pentru o persoană lipsită de bunăvoință, cu mintea închisă, sau cum s-ar zice, cu idei puține și fixe.

Lucrurile nu merg aşa. Nu sunt lipsit de bunăvoinţă (eu sau alţii care contestă mecanica cuantică) şi nici cu mintea închisă. Ci, pur şi simplu, am contraargumente la care nu mi s-a răspuns. Atunci când te vei strădui să îmi răspunzi fidel şi „cu bunăvoinţă” (deci, fără ironii, cum obişnuieşti) la toate contraargumentele pe care le-am ridicat, atunci vei înţelege că nu sunt o persoană lipsită de bunăvoinţă sau cu mintea închisă, ci chiar sunt în căutarea adevărului, poate într-o căutare mai febrilă chiar decât a ta.

este o consecință matematică a unui fapt foarte simplu: rotațiile unui corp în jurul unor axe diferite nu comută.

Ce-i aia? Ce înseamnă că „...nu comută?”

Mai mult, teoria născută de aici prezice în mod exact și corect de ce în experimente de tip S-G se obțin 2,3,4,5 sau nu știu câte pete, cât și structura spectrului de emisie pentru cam orice lucru vă puteți imagina, de la atomi individuali, la macromolecule sau stele.

Întotdeauna putem fabrica teorii care să prezică nişte adevăruri valabile pe un domeniu restrâns, dar teoriile respective trebuie aruncate la gunoi dacă vorbesc aiurea. Nu spune lucruri în plus decât poţi demonstra. Măcar în acest subiect. Nu spune că teoria născută de aici prezice cutare şi cutare până când nu intrăm în amănunte să-ţi arăt că de fapt nu prezice aşa ceva.

omuldinluna a scris:Dirac a ocolit problema asta

Asemenea „ocoluri” sunt caracteristice Fizicii actuale. Mai rău e că aceste ocoluri se fac în mod gratuit, fără să derive din postulatele teoriei.

doua stari posibile, "sus" sau "jos" in functie de cum se proiecteaza pe o axa de coordonate.

Asta n-am înţeles-o. Adică nu pot găsi o axă faţă de care proiecţia să fie strict nulă?

Vedeţi voi în careva cameră cu ceaţă vreo particulă

Pentru electron nu a fost suficienta camera de ceata, ci de ceva mai complicat;

Din aceste franje de interferenta putem intelege ca electronul este o unda stationara care interfereaza cu un fascicul laser de o anumita frecventa, de aceia electronul nu poate fi privit ca un solid de rotatie, ci ca un mic domeniu electromagnetic vibrant.

Răspund întrebărilor lui Abel, pe care le numerotez în ordinea în care m-a citat:

1. Dacă te referi la certitudinea comportamentului unui moment magnetic clasic în interacție cu un câmp magnetic, evident că am o demonstrație. Dacă vei calcula forța exercitată asupra unui ansamblu neutru de sarcini de un câmp electromagnetic oarecare, vei vedea că interacția cu componenta magnetică se face prin doi termeni, anume gradientul energiei potențiale de interacție dintre momentul magnetic al sistemului și câmpul magnetic și o derivată în raport cu timpul a cuplajului vectorial dintre momentul electric dipolar ai sistemului și câmpul magnetic, semnificația fizică a acestui termen fiind că un moment electric dipolar aflat în mișcare se comportă ca un dipol magnetic. Evident treaba asta stă în picioare pentru un câmp ce variază foarte puțin pe cuprinsul ansamblului de sarcini, cum este cazul în experimentul S-G. Poți trata și problema unui câmp care variază intens chiar și pe dimensiunile reduse ale unui atom, dar e altă discuție. Mai departe, să vezi că momentul magnetic total al atomilor din cuptorul tău este nul este iarăși ușor. Dacă situația nu ar fi așa, norul de atomi ar fi magnetizat și ar reacționa ca un ansamblu coerent la aplicarea unui câmp magnetic extern, dar el rămâne inert. Agitația termică este cea care distruge orice tendință de ordonare spațială a dipolilor magnetici. Oricum, am ajuns deja la colimator. În absența unui câmp magnetic, cu o colimare bună o să ai o dispersie foarte mică a jetului pe un ecran, deci ceea ce vei vedea va fi un punctuleț. Odată pornit câmpul magnetic însă, în regiunea în care atomii interacționează cu acesta va apărea forța ce acționează asupra momentului magnetic al fiecăruia, ce va duce la o deviere și lărgire a fasciolului și în consecință a lărgirii dimensiunilor petei de pe ecran. Tocmai aceasta este predicția făcută de fizica clasică, și acest lucru nu se întâmplă.

2. Explicația este simplă dacă ai pregătirea și deschiderea necesară. De asta am vorbit de idei puține și fixe, și minți închise. Dacă te încăpățânezi să rămâi captiv într-o gândire bazată numai pe intuiția experienței imediate nu cred că o să reușești să răzbești vreodată. Evident fiecare este liber să facă ceea ce consideră. Am spus-o de mai multe ori că suntem departe de o teorie finală a legilor naturii, dar puterea mecanicii cuantice mă face să cred că drumul bun pornește de la această teorie, chiar dacă nu știu acum să-ți spun cum va fi continuat (dacă e vorba de teoria stringurilor sau altceva). Problema mai este și una de limbaj însă. Eu încerc să vă zugrăvesc lucrurile în cuvinte cât mai simple, care să nu fie totuși mult prea departe sau distorsionate de esență. Ar trebui să pictez mai multe formule, dar dacă ele rămân doar pictate acolo și nu sunt descifrate de către cititori, sunt degeaba. Prefer varianta asta deocamdată, dacă o să am mai mult timp în viitor o să fac mai multe expuneri detaliate. Se pune însă și problema nivelului de matematică necesar. Am lucrat la câmpul central în așa fel încât orice persoană care are cunoștințe de matematică de liceu să poată urmări firul expunerii, dar nu cred că este posibil pentru orice problemă de fizică asta.

3. E simplu, ia cartea ta preferată și pune-o pe masă, în poziție normală (prima copertă în sus, astfel încât să o poți citi). Imaginează-ți un triedru x,y,z înfipt în masă, cu axa z perpendiculară pe masă și axele x,y așezate după regula burghiului drept. Rotește în sens trigonometric cartea, mai întâi în jurul axei z cu 90 de grade, apoi în jurul axei y. Ține minte ce ai obținut (dacă ne-am nimerit convențiile, ar trebui să poți citi dacă înclini capul spre umărul stâng). Adu cartea acum în poziția inițială și fă rotațiile în ordine inversă, mai întâi y și apoi z. Ar trebui să vezi cotorul cărții. Rezultatele sunt diferite, deci rotațiile în jurul a axe diferite nu comută, contează ordinea în care le efectuezi. Asta duce la cuantificarea momentului cinetic, dacă-ți vine să crezi.

4. Tocmai aici este frumusețea, mecanica cuantică nu are un domeniu restrâns de aplicabilitate. Dimpotrivă, este uriaș. Aceleași idei sunt folosite în fizica stării condensate, în fizica nucleară, în înțelegerea semiconductorilor sau a reacțiilor nucleare din stele, a fenomenelor colective din materiale exotice sau în reacțiile dintre particulele elementare. Mai greu, din punctul meu de vedere, să dai cu piciorul la așa ceva, chiar dacă din punct de vedere filosofic ridică probleme. Teoria momentului cinetic de care am amintit este folosită pentru înțelegerea spectrelor de emisie, fie că este vorba de nuclee, atomi sau molecule, pe baza ei poți descifra compoziția chimică a unei proteine sau a unei stele. Pe mine mă lovește așa un sentiment de exuberanță numai când mă gândesc.

5. Cred că asta am spus-o în contextul teoriei golurilor, care s-a și dovedit a fi greșită. Înțelege că în acele vremuri a fost o problemă fenomenală, și cu siguranță spre nemulțumirea lui Dirac, apărea într-o ecuație care altfel arăta bine. Astăzi știm că genul de abordare pe care a avut-o el are un defect. Orice astfel de ecuație relativistă produce energii negative. Dacă sunt cuantificate câmpurile însă, pornind de la o simetrie a spațiu-timpului pe care deocamdată o verificăm a fi corectă (simetria Lorentz), particulele și antiparticulele apar ca moduri ale câmpului cuantic și problema dispare. M-aș avânta prea departe însă dacă aș intra în lucrurile astea acum, mai bine să mai vorbim o vreme despre mecanica cuantică.

6. Da. Din cauza punctului 3, momentul cinetic al unui sistem cuantic nu poate lua decât valori întregi sau semiîntregi, toate pozitive. Mai mult, nu poți construi o stare a sistemului descrisă de valorile momentului cinetic proiectate de-a lungul a trei axe de coordonate, dar poți construi stări descrise de momentul cinetic total și proiecția acestuia pe o axă. În cazul electronului, unde spinul total este 1/2, proiecția acestuia pe o axă aleasă poate fi 1/2 sau -1/2. Mezei Geza citește aceste lucruri acum, dacă îi plac și are timp, poate pregătește o expunere a acestei demonstrații, ca să o discutăm pe forum.

Cred că mai aveai niște întrebări în prima parte a mesajului, dar nu mai am timp acum. Voi reveni, însă.