Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

К сведению студентов

Основные понятия физики

Формы и виды энергии

Классификация физических систем

Основная идея системы величин

Таблицы физических величин

Итоги и выводы:

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Заряды физического поля

     Новые единицы величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Новый взгляд на         явления переноса

     Критерии подобия всюду

     Современная революция         в метрологии

Системный подход в экономике

История систематизации
величин и единиц


Необходимость модернизации
обучения физике


Учебно-наглядные пособия


Новости сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Собственный момент импульса системы в роли спина

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Что подразумевается под собственным моментом импульса частицы?
2. Спиновое число и спин - разные физические величины.
3. Почему спин нельзя считать угловым моментом частицы?
4. Спин электрона.
5. Размерность и единица спина и спинового числа.


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

1. Что подразумевается под собственным моментом импульса частицы?

В научной литературе иногда применяется мало понятный термин "собственный момент импульса", причем применяется он, как правило, как момент импульса элементарной частицы, а не тела. При этом в Википедии говорится, что он "имеет квантовую природу и не связан с перемещением частицы как целого". Все эти признаки полностью соответствуют моменту импульса рассмотренного в отдельной статье тороидального вихря. Чаще всего, однако, момент импульса тороидального вихря в литературе называют спином. Одно из значений слова spin на английском языке - запускать волчком, что близко к физическому содержанию тороидального вихря.

Спин, как любой момент импульса, является векторной величиной. В метрологическом справочнике А.Чертова (1990) спин обозначают символом Мs , где нижний индекс "s" указывает на слово "spin". Но обозначение Мs следует признать неудачным, так как символом М в физике обозначают вращающий момент, то есть величину с совершенно другим физическим содержанием. Поэтому спин следует обозначать, как и любой момент импульса, символом Ls , где индекс "s" указывает на то, что момент импульса относится к спину.

В Википедии написано: «Спин измеряется в единицах ħ (приведенных постоянных Планка, или постоянных Дирака) и равен ħJ, где J - характерное для каждого сорта частиц целое (в том числе нулевое) или полуцелое положительное число - так называемое спиновое квантовое число, которое обычно в физике называют просто спином (одно из квантовых чисел)".

Совершенно очевидно, что что называть безразмерное спиновое квантовое число J и постоянную Планка ħ, имеющую размерность, одним и тем же термином недопустимо, это одно из проявлений понятийной бессистемности в физике.

В качестве векторной величины спин в соответствии с вышеприведенным определением из Википедии определяется уравнением

Ls = ± J ħ , ( 1 )

в котором редуцированная постоянная Планка ħ определяется уравнением

ħ = h/2π . ( 2 )

где h − постоянная Планка. Причина, по которой сомножители ħ и J в уравнении (1) переставлены местами по сравнению с определением из Википедии, поясняется в статье, посвященной единицам безразмерных величин. Там указано, что редуцированная постоянная Планка ħ является внесистемной единицей для модуля спина Ls , а единица должна стоять после определяемой ею величины.

Обозначение редурированной постоянной Планка в уравнении (1) в виде векторной величины ħ выглядит непривычно, но собственный момент импульса Ls является векторной величиной, а спиновое число J - безразмерная скалярная величина. В дополнение к этому напомним, что постоянная Планка считается квантом физической величины "действие". И в статье, посвященной физическому содержанию величины "действие", показано, что действие Н является векторной величиной. Следовательно, вектором является и квант действия, то есть постоянная Планка h.

Физическое содержание постоянной Планка h подробно разъясняется в статье, посвященной числу структурных элементов в физике. Там поясняется, что редуцированная постоянная Планка ħ является математической интерпретацией постоянной Планка h при применении метода векторных диаграмм. Поэтому сама редуцированная постоянная Планка ħ, в отличие от постоянной Планка h, физического содержания не имеет.

2. Спиновое число и спин - разные физические величины.

Спиновое число J зависит от взаимного расположения составных частей элементарной частицы. Из уравнения (1) следует, что

J = ± Ls /ħ . ( 3 )

В соответствии с терминологией, разъясняемой в статье, посвященной теории подобия, спиновое число J является константой подобия, базовой физической величиной которой является редуцированная постоянная Планка ħ.

Во многих справочниках и энциклопедиях под термином "спин" понимается спиновое число. Это же следует из цитаты из Википедии, приведенной выше. То есть термин "спин" просто заменяет термин "спиновое число", сокращая его. Из приведенных выше уравнений и определений совершенно ясно, что такая замена с целью сокращения термина неверна. Физиков подобная неточность не смущает, она вошла в их профессиональный сленг. Нечто подобное происходит с авиаторами, когда они говорят, что летательный аппарат движется со скоростью в "два Маха", подразумевая под этим, что критерий подобия "число Маха" равно 2. Но этот сленг приводит иногда к недопониманию физического содержания.

Спин Ls , как собственный момент импульса, имеющий свои размерность и единицу, нельзя смешивать с безразмерной константой подобия J под названием "спиновое квантовое число", имеющей размерность 1, как это сплошь и рядом делают в современной физике. Двуликость термина противопоказана, и об этом надо постоянно напоминать при преподавании.

3. Почему спин нельзя считать угловым моментом частицы?

Слово "спин" в переводе с английского языка "spin" означает "вертеться вокруг собственной оси". Действительно, первоначально электрон представляли как волчок или юлу и, соответственно, спин электрона считали собственным угловым моментом электрона. Однако в статье об угловом моменте говорится о том, что эта величина характеризует вращение твердого тела как целого. Представление об электроне как о волчке привело к ряду противоречий, и от этой модели электрона физики отказались. Но спин, свойственный именно волчку, продолжили считать неотъемлемым внутренним свойством элементарных частиц, имеющим квантовый характер.

В настоящее время появилось много новых разных моделей элементарных частиц, позволяющих по-новому взглянуть на физическое содержание спина. Большинство этих моделей исходит из вихревой природы элементарных частиц. Согласно наиболее развитой вихревой модели материи в работах В.Пакулина (2004, 2011), представленной в статье об элементарном электрическом заряде, даже простейшие элементарные частицы состоят из тороидальных вихрей. Как показано в статье о природе физического поля, движение элементарных частиц происходит в полевой среде (термин, широко используется в работе О.Репченко, 2008), заполненной тороидальными вихрями, вращение которых определяется их собственным моментом импульса.

Предположение о тороидальной форме вихрей базируется на теореме Гельмгольца о вихрях в текучей среде. Согласно этой теореме вихревой шнур любой формы должен либо замыкаться на себя, либо оканчиваться на границах среды. Поскольку полевая среда безгранична, то, согласно теореме Гельмгольца, для вихревого шнура любой первоначальной конфигурации остается один вариант − замкнуться в торообразный вихрь (тороид). Такая первичная элементарная частица, как нейтрино, является подобным тороидальным вихрем. Фотон, электрон и позитрон состоят из нейтрино, объединенных по разным принципам. Со своей стороны, электроны, позитроны и нейтрино являются составными частями протонов, нейтронов и других элементарных частиц.

В статье о тороидальном вихре показано, что не следует говорить только о вращательной форме движения частиц ядра вихря при тороидальном вращении, потому что имеет место еще и орбитальная форма кругового движения самого ядра вихря при кольцевом вращении. Поэтому такая сложная система, как тороидальный вихрь, должна быть охарактеризована именно моментом импульса, а не угловым моментом.

4. Спин электрона.

В справочнике Б.Яворского и А.Детлафа (1990) спин электрона обозначается символом Les и направлен под углом к направлению вектора напряженности магнитного поля вещества (магнитной индукции В). Модуль спина электрона определяется в этом справочнике по уравнению

Les = (√3)ħ/2 . ( 4 )

В том же справочнике модуль проекции спина электрона LеsВ на направление вектора магнитной индукции В определяется по уравнению:

LеsВ = ± ħ Jе , ( 5 )

аналогичному уравнению (1) с переставленными сомножителями, где Jе – спиновое число электрона, равное 1/2.

Следует также обратить внимание на то, что спиновое число электрона Jе в уравнении (5) определяет модуль проекции спина LеsВ на направление вектора магнитной индукции В, а не модуль самого спина Lеs . Согласно уравнению (4) для расчета модуля спина электрона необходим еще числовой коэффициент, равный √3. Это еще раз доказывает, что термины спин и спиновое число идентифицировать не следует.

5. Размерность и единица спина и спинового числа.

Размерность и единица спина, как момента импульса, в СИ равна L2МT−1, а единица − кг м2 с-1. В системе величин ЭСВП размерность момента импульса равна EА-1T, а единица − Дж об-1 с. Это соответствует уравнению (1), так как размерность редуцированной постоянной Планка ħ в ЭСВП также равна ЕА−1Т. А спиновое число J является константой подобия, и поэтому его размерность равна 1.

Размерность постоянной Планка h в системе величин ЭСВП отличается от таковой в СИ, что подробно разъяснено в статьях о числе структурных элементов и о количестве считаемых величин, она равна ЕС−2Т. А единица постоянной Планка h равна Дж с cnt-2 (cnt - предварительное название единицы количества считаемых величин, международное название еще не установлено). Числом структурных элементов (количеством считаемых величин) с единицей cnt является в данном случае число элементарных частиц. Как показано в статье, посвященной интерпретации числа 2π при использовании метода векторных диаграмм, в уравнении (2) число 2π имеет свою размерность АС−1 и свою единицу об cnt-1.

Поскольку спиновое число является критерием подобия, оно относится к группе величин с размерностью 1. О размерностях и единицах критериев подобия рассказывается в статье о "безразмерных величинах".

Литература

1. Пакулин В.Н., 2011, Развитие материи (Вихревая модель микромира). – СПб, НПО "Стратегия будущего", 121 с.
2. Пакулин В.Н., 2004, Структура материи. – http://www.valpak.narod.ru
3. Репченко О.Н., 2008, Полевая физика или Как устроен мир? Изд. 2-е – М.: Галерия, 320 с.
4. Чертов А.Г., 1990, Физические величины. – М.: Высшая школа, 336 с.
5. Яворский Б.М., Детлаф А.А., 1990, Справочник по физике. 3-е изд. М.: Наука, Физматгиз, 624 с.



© И. Коган Дата первой публикации 10.09.2010
Дата последнего обновления 21.12.2015


Оглавление раздела Предыдущая Следующая