Могат ли електроните наистина да се въртят?
За множеството от нас диаграмите на атомите като дребни слънчеви системи служат за встъпление в света на физиката на частиците. За страдание, тези емблематични изображения са по-скоро неправилни.
От една страна, електроните не са като дребни планети, обикалящи към бучкоподобно слънце. Вероятно те даже не са дребни сфери, а по-скоро точици в пространството без широчина, височина или дълбочина.
А като обект без ширина, той няма нищо, което да може да се върти.
И по този начин, какво имат поради физиците, когато разказват " въртенето " на една парченце?
Защо считаме, че електроните се въртят?
В зората на квантовата механика редица физици стартират да се питат дали частици като електроните в действителност се въртят. Въпреки че концепцията не се вписва тъкмо в съществуващите теории за държанието на електроните, съществуват няколко наблюдения при опити и пропуски в теорията, които приказват за противоположното.
Едно от тях е фактът, че пътят на електрона се изкривява, когато той се сблъска с магнитно поле, като че ли самият той е дребен магнит. Това единствено по себе си не е шокиращо - движещите се заряди въпреки всичко основават магнитни полета.
Но когато при започване на 20-те години на предишния век двама немски учени на име Ото Щерн и Валтер Герлах мерят това поле в електроните, обикалящи към ядрото на сребърни атоми, те откриват, че нещо не е както би трябвало. За да има смисъл всичко, електроните трябвало и да се движат на място - да се въртят.
Странното е, че резултатите демонстрират, че такова въртене основава дребни магнитни полета с доста характерна ориентировка, строго ориентирани право нагоре или право надолу във връзка с външното магнитно поле. Те в никакъв случай не са били случайно наклонени в една или друга посока.
Междувременно един теоретик на име Волфганг Паули работи върху принцип, който оказва помощ да се изясни за какво някои частици (като електроните и частиците в ядрото на атома) не могат да се разположат една върху друга, заемайки едно и също пространство, до момента в който други (като фотоните) могат.
Неговият " принцип на изключването " изисква набор от четири квантови цифри. Едно от тях разказва силата на частицата. Други две са свързани с ъгловия миг. Но четвъртото, наподобява, не се отнася до нищо явно.
Млад американски академик от холандски генезис на име Самюел Гудсмит занапред ще да даде отговора. Като ползва нови тълкувания на формулите за спектралните линии в магнитни полета, наречени дублети, той несъзнателно открива доказателства за придвижване в електроните, което значително прилича спин (след дълги съвещания с различен млад холандско-американски физик на име Джордж Уленбек).
" Но не виждате ли какво значи това? Това значи, че електронът има четвърта степен на независимост " - дал отговор Уленбек. " Това значи, че електронът има спин, че се върти. "
Въпреки че не са първите, които преглеждат тази идея, диалогът, дружно с резултатите от сходни теории и опити, основават явен мотив за въртенето на електроните - наред с други фундаментални частици.
Но нищо не може да бъде толкоз просто в заешката дупка на квантовата механика.
Защо електроните не могат да се въртят?
Още когато терминът " спин " стартира да се употребява за изложение на странния магнетизъм на електроните и странните свойства на светлината, се появяват няколко казуса.
Ако приемем, че електроните в действителност са дребни сфери, скоростта, с която те би трябвало да се въртят, с цел да подхождат на пробните резултати, би означавала, че повърхността им би трябвало да се върти 10 пъти по-бързо от скоростта на светлината.
Разбира се, в този момент се счита, че електроните нямат повърхнина. Знанието, че фундаменталните частици са точки в полето, обаче не прави нещата по-интуитивни. Как въобще една точка с нулево измерение се завърта?
Още по-объркващи са опитите, извършени от Стърн и Герлах, които постоянно сочат единствено в две безспорни направления. Различните ориентации " изцяло нагоре " и " изцяло надолу " на дребния магнит на частицата не се изясняват елементарно с въртящ се тримерен обект, който може да се накланя по малко ту насам, ту натам или да се форсира и забавя.
С други думи, въртенето, което се следи в електроните, няма еквивалент в нашия свят на баскетболни топки и планети.
То може да има сходни последствия, като накара частиците да се изкривят по този начин, като че ли имат вътрешен ъглов миг, и да ги трансформира в чудноват тип бар магнит. Но какъвто и да е " спинът ", той е фундаментално свойство, вплетено в самата тъкан на нашата Вселена.
Източник: Science Alert
