Я изо всех сил пытаюсь понять, почему для объяснения спин-орбитальной связи приходится полагаться на теорию относительности.
На самом деле, я всегда думал, что сама природа спина возникает, когда в уравнение Шрёдингера включают относительность. Хотя верно то, что спин естественным образом возникает из уравнения Дирака, я также читал, что альтернативный нерелятивистский квантовый формализм, такой как уравнение Леви-Леблона, способен описать «возникновение» спина. Следовательно, спин является чисто квантовым свойством, и для объяснения его природы нет необходимости полагаться на теорию относительности.
Однако спин-орбитальное взаимодействие всегда называют релятивистским эффектом. Чего я не понимаю, так это того, что, поскольку спин и (орбитальное) угловое движение нерелятивистские, а оператор спин-орбита может быть выражен на основе классического аргумента, мы по-прежнему называем спин-орбитальный эффект релятивистским.
Хотя я понимаю, что для ПОЛНОГО описания ТАК-связи нужен учет относительности, почему так сложно найти четкое объяснение, отделяющее классическую часть от релятивистской.
Должен подчеркнуть, что я химик, работаю в области квантовой химии. Таким образом, у меня, например, очень мало знаний о теории представлений. Следовательно, я больше ищу «интуитивное» (если это возможно при смешении квантовой теории и теории относительности...) объяснение. Однако у меня есть некоторое хорошее понимание квантовой механики в целом и некоторые базовые знания (специальной) теории относительности.
Да, вы можете просто сказать, что электрон обладает (квантованным) магнитным моментом как наблюдаемый факт, не прибегая к помощи Дирака или теории относительности.
Когда электрон вращается вокруг ядра атома, он видит электрическое поле, которое удерживает его на орбите. Отсюда (если хотите) модель Бора. Но на спин не влияет электрическое поле, так как это магнитный эффект. В каркасе атома есть как раз кулоновское (или экранированное кулоновское) электрическое поле. Так что никакой спин-орбитальной связи...
... за исключением того, что если электрон движется быстро, то в системе отсчета электрона ядерное электрическое поле превращается в смесь электрического и магнитного полей. Магнитное поле (там из-за теории относительности) связано с магнитным моментом/направлением вращения, отсюда и спин-орбитальная связь.
Я не уверен, что это правильно отвечает на ваш вопрос, но спин-орбитальная связь может быть описана в нерелятивистской квантовой механике. Вы можете добавить искусственный член к гамильтониану, как описано здесь , и выполнить расчет. Однако в релятивистской квантовой механике этот вклад возникает естественным образом. Вероятно, поэтому люди называют его релятивистским эффектом, поскольку он неотъемлемо присутствует в уравнении Дирака. Чтобы получить точный результат, вы также должны принять во внимание сдвиг Лэмба , который возникает из-за радиационных поправок в КЭД и поэтому также может быть назван релятивистским эффектом.
Мил
Роджер Дж. Барлоу