Почему электрон не вращается? [дубликат]

Физики элементарных частиц обычно используют термин « спин » для обозначения собственного углового момента, который для заряженной частицы может привести к возникновению магнитного дипольного момента. В этом смысле электрон имеет спин , хотя он и является элементарной частицей и, насколько нам известно, не имеет внутренней структуры.

Я хочу обратиться к этому:

Однако электрон не является точечным. Он описывается волновой функцией. Можно подготовить волновую функцию для описания очень маленького электрона.

Электрон стандартной модели представляет собой точечную частицу. Волновые функции, используемые в квантово-механических моделях для моделирования электрона, называют его$Ψ$, которая определяет вероятность $Ψ^*Ψ$найти электрон в (x, y, z). Вероятности измеряются путем взятия множества событий с одинаковыми граничными условиями и не имеют связи с размером электрона, который аксиоматически предполагается при расчете$Ψ$.

Изменить после комментария: уточнить, «что аксиоматически предполагается при расчете$Ψ$."

В квантовой теории поля стандартной модели все элементарные частицы в таблице определяют поле во всех точках пространства-времени (фермионы, представленные плосковолновым решением уравнения Дирака, бозоны Клейна-Гордона, фотоны квантованного Максвелла) на какие дифференциальные операторы создания и уничтожения полей действуют. Расчеты выполняются с помощью диаграмм Фейнмана, где все частицы в вершинах рассматриваются как точечные.

Спин — это величина, описывающая, как квантовое поле трансформируется при преобразовании Лоренца. В зависимости от спина поля оно преобразуется либо как скаляр, либо как спинор, либо как вектор. Классическая картина состоит в том, что вы представляете электрон как точечную частицу, но в квантовой теории поля эта картина заменена понятием квантовых полей, и хотя поле может нести угловой момент, оно не может вращаться вокруг себя, как классическая точечная частица.

По этой же причине его называют внутренним вращением, что означает, что оно демонстрирует все эффекты вращения (угловой момент и т. д.), но мы не знаем или нам все равно, каким механизмом оно их приобретает.

Ваш вопрос онтологический и в настоящее время практически не имеет эпистемологической ценности. Пока мы знаем вход в черный ящик и соответствующий ему вывод, черный ящик нас не интересует.

Онтологический ответ: мы не знаем.

Эпистемический ответ заключается в том, что, поскольку отдельный покоящийся электрон представляет собой массивную безразмерную точечную частицу, он не может иметь спина в его классической интерпретации. Следовательно, у покоящегося одиночного электрона квантовый спин равен 1/2, но нет физического спина.

Я знаю, что это трудно проглотить, но современная физика элементарных частиц не заботится об онтологии, пока существующая стандартная модель может точно предсказывать результаты. Возможно, в будущем, когда неизвестная физика соберется в кучу и все наши модели потерпят неудачу, мы будем вынуждены прибегнуть к онтологическому объяснению и исследованию, предполагая, что у нас будут для этого надлежащие инструменты.

Мы просто не знаем, что электрон не вращается. Для этого потребовалась бы механическая модель, интерпретирующая собственный угловой момент как вращение, чего у нас нет.

На практике электронный спин ведет себя как любой другой угловой момент. Например, он вносит вклад в центробежную силу в атоме водорода точно так же, как и орбитальный угловой момент, см. Itzykson & Zuber. Он прецессирует в магнитном поле (ларморовская прецессия).

О спине

Подлинным прогрессом было бы приписать электрону двойное свойство электрического заряда и магнитного диполя . Если взглянуть на историю открытия спина и магнитного диполя электрона, то возможно и следующее развитие событий:

1. Электрон (в дополнение к своему электрическому заряду) является магнитным диполем.

2. При движении в магнитном поле внешнее магнитное поле влияет на ориентацию магнитного диполя электрона. Возникающее излучение ЭМ излучения, во-первых, отклоняет электрон, а во-вторых, периодически изменяет ориентацию диполя. При этом электрон направляется по спиральной траектории и останавливается в ее центре, высвобождая всю свою кинетическую энергию.

Таким образом, аналогия гироскопического поведения вращающейся массы и отклонения электрона в магнитном поле неверна. Электрону не нужен спин, чтобы объяснить его отклонение.

Точечное поведение

Я не теоретик, которому для расчетов нужен точечный электрон.

1. Однако я знаю, что у электрона есть радиус действия. В зависимости от поперечного расстояния до электрона (связанного в атоме) фотон будет поглощен электроном или нет.
2. Если принять, что электрон является магнитным диполем, то электрон не может быть точечной структурой, потому что диполь всегда требует пространственного расширения.

Запутанность и волновая функция

При описании расположения электронов в атоме после присвоения трех квантовых чисел было замечено, что наблюдается запутанность электронов (не что иное, как принцип запрета Паули).
После сказанного выше о магнитном диполе электрона теперь последовательно говорить о магнитном диполе вместо спинового квантового числа.

Это радикально упрощает количество квантовых чисел до 2 (поскольку магнитное квантовое число уже было введено ранее):

• В первой оболочке 2 электрона с противоположными магнитными диполями для гелия (пока спин вверх и спин вниз).
• во второй оболочке, в атоме неона, 8 электронов расположены по краям воображаемого куба, всегда попеременно то северным, то южным полюсом, направленным к ядру (см. также, к сожалению, отвергнутую теорию валентности Гилберта Н. Льюиса ) .
• В ряду атомов от лития до неона возникает характерная пилообразная картина (см. это изображение) за счет взаимного влияния магнитных моментов, описывающих энергию связи. Почти каждая пара электронов в атоме более стабильна, чем нечетное число. Исключением являются 5-й и 6-й электроны. Именно здесь можно начать исследования, чтобы подтвердить или опровергнуть более стабильное сцепление 5 диполей по сравнению с 6 диполями вокруг общего центра путем расчетов.

Волновая функция успешно описывает водородоподобные электронные состояния. Для более сложных атомов это невозможно ни вычислить, ни практично.

Более того, теория описывает лепесткообразные распределения электронов, которые не могут играть роли в химических соединениях. Электрон образует устойчивую химическую связь с электроном соседнего атома и не локализован в двух плечах двойного лепестка или других образованиях сферических гармоник . Напротив, для изолированного атома такой расчет не играет никакой роли. Я могу рассчитать все, что захочу, только во взаимодействии с другими атомами можно проверить реальность рассчитанных образований.

Между прочим, существуют сферические гармоники, которые позволяют вычислить кубический атом Льюиса (l=3, m=2, lm=1) . Вместо определения положения волновых функций по декартовым осям их также можно вычислить для положения по ребрам куба.