Почему все крутится?

Строго придерживаясь классической механики, все объекты в космосе движутся в разных направлениях. Они не стоят на месте. Вы можете спросить, почему они не стоят на месте, но я думаю, что это космология.

Предположим, что две машины движутся в противоположных направлениях по дороге. Когда они проходят, между ними существует определенное расстояние. Так что, если вы нарисуете пунктирную линию вокруг пары из них, эта пара имеет угловой момент, который является просто импульсом на расстоянии. Им не обязательно вращаться вокруг центра, чтобы иметь угловой момент. Им нужно только пройти мимо друг друга.

Если бы одна из машин выбросила магнит на веревке и захватила другую, то сейчас бы они начали крутиться, как болас. Вот что происходит, когда вещи, движущиеся мимо друг друга, притягиваются друг к другу. Независимо от того, стянуты ли они вместе, они все равно имеют угловой момент. Это просто еще один способ сказать, что они движутся мимо друг друга.

В элементарных частицах все частицы, которые имеют спин отличный от 0, имеют спин, т.е. имеют угловой момент, поэтому фотоны тоже крутятся, они имеют спин 1. Существуют частицы и системы со спином 0 (например, пионы), которые не вращаются: ).

Поскольку физика началась с макроскопических исследований, необходимо смотреть на уравнения, которые классически описывают движение, решения идеально соответствуют данным. Эти уравнения подчиняются «теореме Нётер» , которая показывает, что в динамике движения существуют сохраняющиеся величины, обусловленные симметриями системы. Энергия, импульс и угловой момент сохраняются.

Это означает, что после того, как траектория или вращение системы установлены каким-либо взаимодействием, например, столкновением двух астероидов, если нет дальнейших взаимодействий , астероиды будут продолжать вращаться, потому что угловой момент, который они сообщают друг другу, будет сохраняться индивидуально. .

Итак, ответ на ваш вопрос

Откуда взялся весь угловой момент? Почему это так естественно?

есть : из законов сохранения. Это естественно, потому что уравнения движения и законы сохранения — это описание механики природы, а именно так устроена природа.

Пространство-время и угловой момент — это другая история общей теории относительности, где, поскольку вращающийся объект имеет ускорение в радиальном направлении, он искажает пространство-время вокруг себя.

Изменить после комментария:

Первоначальная энергия, которая привела Вселенную в движение, создала частицы и вызвала вращение, в настоящее время описывается моделью Большого Взрыва , при зарождении нашей Вселенной миллиарды лет назад, начиная с квантово-механических флуктуаций.

Происхождение спина можно проследить в двух фундаментальных физических постулатах:

1. постулат Эйнштейна (общая) относительности ,
2. Принцип Вигнера, утверждающий, что элементарные частицы несут неприводимые унитарные представления о симметрии природы.

Согласно первому принципу каждая локальная система отсчета пространства-времени является Минковской, и законы физики одинаковы во всех локальных системах отсчета. Теперь группа автоморфизмов пространства Минковского - это группа Пуанкаре, поэтому законы физики ковариантны относительно группы Пуанкаре.

Второй принцип позволяет нам фактически идентифицировать между элементарными частицами и неприводимыми представлениями групп симметрии природы. Применяя этот принцип к группе Пуанкаре, мы получаем, что элементарные частицы несут неприводимые унитарные представления группы Пуанкаре и, следовательно, неприводимые унитарные представления ее подгрупп, в частности, группы вращений. Теперь, поскольку элементарные представления группы вращений классифицируются по спину, то и элементарные частицы несут спин.

В этом описании есть тонкость, заключающаяся в том, что представления группы вращения соответствуют только целочисленному спину, а, как мы знаем, в природе существует и полуцелочисленный спин. К этому вопросу обращался и Вигнер, который обобщил соответствие между элементарными частицами и представлениями и на проективные представления (см., например, собрание сочинений Вигнера ). Проективные представления группы вращения соответствуют полуцелому, а также целочисленному спину.

Я думаю, что самый простой способ ответить на этот вопрос — сформулировать уместное. когда вы запускаете, запускаете или доставляете что-то в космос, это почти невозможно не вращаться. Практически невозможно иметь угловой момент в 0g. Кроме того, случайный спин в вакууме является самой сложной проблемой в космосе.

Почему планеты, звезды и другие протяженные массы имеют вращение.

Во-первых, несколько моментов:

• Большинство тел во Вселенной расшатаны (т.е. нет физического «шарнира», удерживающего тело на месте) и движутся в пространстве.

• Чтобы сдвинуть любое тело, нужно придать ему импульс.

• Импульс не обязательно должен быть ориентирован в каком-либо конкретном направлении и не должен передаваться в какую-либо конкретную точку.

• Каждое протяженное тело имеет центр масс.
• Если тело вращается вокруг себя, оно делает это вокруг центра масс.

В качестве тела возьмем стержень, находящийся в свободном пространстве. Этот стержень можно бомбардировать всевозможными объектами, передающими ему импульс. Если импульс передается телу в какой-либо точке, кроме ком, происходит вращение. Если нам нужен чистый перенос, нам придется ударить стержнем точно по центру масс. Поскольку передача импульса точно в центре масс невозможна (поскольку всегда будет ошибка в измерении, где находится центр масс), всегда и неизбежно будет вращение тела при подаче ему импульса. Следовательно, большинство протяженных масс во Вселенной, таких как планеты и звезды, имеют некоторое вращение. Земля, например, давно столкнулась с другой планетой, из-за чего и сегодня вращается вокруг своей оси.

Почему галактики и солнечные системы имеют вращение.

Фундаментальный принцип, который дает им вращение, звучит примерно так:

Скажем, у вас есть две массы, движущиеся в противоположных направлениях, но не лоб в лоб. Вы знаете, что между ними действует гравитация. По мере приближения они будут изгибаться друг к другу из-за гравитации. Это искривление заставляет центробежную силу действовать на любой из них. Для некоторой конфигурации этой двухмассовой системы (т. е. разделения между ними и скоростями) центробежные силы из-за этого искривления уравновешивают гравитацию, так что массы выходят на орбиту.

В галактиках происходит то же самое. Первоначально, по мере формирования галактики, многие молекулы газа начинают вращаться так же, как описано выше. Этот начальный угловой момент сохраняется по мере того, как в этой галактике накапливается все больше и больше молекул газа, и поэтому она сохраняет это вращение. Солнечная система тоже формируется таким же образом, и материя образует комки и сливаются, образуя планеты и так далее.

См.: Как формируются галактики .

Я не совсем уверен, относится ли это к угловому моменту, но я знаю, что это верно для спина. Когда объекты конденсируются, они начинают вращаться или их текущее вращение ускоряется. Это легко увидеть в виде нейтронных звезд и, например, отсюда, на Земле, торнадо. В случае с нейтронной звездой она быстро вращается, но до своего коллапса она вращалась медленно. Это связано с тем, что по мере коллапса частицы внутри звезды конденсируются, и, следовательно, конденсируется вся звезда, что приводит к ускоренному вращению.

Я не совсем уверен, но я считаю, что угловой момент является результатом вращения и его воздействия на окружающую материю.

Планеты вращаются, когда они движутся вокруг центральной массы. Это связано с тем, что спин и орбитальный угловой момент связаны. S=m/M L. Следовательно, любая вращающаяся планета должна вращаться, чтобы находиться в равновесии и оставаться на своей стабильной орбите. Эта связь показана в статье, опубликованной в Astrophysics and Space Science, V.348, 57 (2013) Arbab AI et al.