Warum dreht sich alles?

Streng nach klassischer Mechanik bewegen sich die Dinge im Raum alle in verschiedene Richtungen. Sie stehen nicht still. Sie könnten fragen, warum sie nicht stillstehen, aber ich denke, das ist Kosmologie.

Angenommen, zwei Autos fahren auf einer Straße in entgegengesetzte Richtungen. Wenn sie vorbeigehen, besteht ein gewisser Abstand zwischen ihnen. Wenn Sie also eine gepunktete Linie um das Paar ziehen, hat dieses Paar einen Drehimpuls, der nur ein Impuls aus der Ferne ist. Sie müssen sich nicht um ein Zentrum drehen, um einen Drehimpuls zu haben. Sie müssen nur aneinander vorbeifahren.

Wenn eines der Autos einen Magneten an einem Seil auswerfen und das andere einfangen würde, würden sie sich jetzt wie eine Bolas drehen. Das passiert, wenn Dinge, die sich aneinander vorbeibewegen, zusammengezogen werden. Unabhängig davon, ob sie zusammengezogen werden oder nicht, haben sie immer noch einen Drehimpuls. Es ist nur eine andere Art zu sagen, dass sie sich aneinander vorbei bewegen.

Bei Elementarteilchen sind alle Teilchen, die einen anderen Spin als 0 haben, Spin, also Drehimpuls, also drehen sich auch Photonen, sie haben Spin 1. Es gibt Teilchen und Systeme mit Spin 0 (zB Pionen), die drehen sich nicht : ) .

Da die Physik von makroskopischen Studien ausgegangen ist, muss man sich die Gleichungen ansehen, die Bewegung klassisch beschreiben, die Lösungen passen perfekt zu den Daten. Diese Gleichungen gehorchen dem „Satz von Noether“ , der zeigt, dass es Erhaltungsgrößen in der Bewegungsdynamik gibt, die von den Symmetrien des Systems herrühren. Energie, Impuls und Drehimpuls bleiben erhalten.

Das bedeutet, dass sobald eine Bahn oder eine Systemrotation durch irgendeine Wechselwirkung festgelegt ist, zum Beispiel durch einen streifenden Aufprall zweier Asteroiden, die Asteroiden sich weiter drehen, wenn es keine weiteren Wechselwirkungen gibt, weil der Drehimpuls, den sie einander gegeben haben, individuell erhalten bleibt .

Also die Antwort auf deine Frage

Woher kommt der ganze Drehimpuls? Warum ist es so natürlich?

ist : aus Naturschutzgesetzen. Es ist natürlich, weil Bewegungsgleichungen und Erhaltungssätze eine Beschreibung der Mechanik der Natur sind, und so funktioniert die Natur.

Nun sind Raumzeit und Drehimpuls eine andere Geschichte in der Allgemeinen Relativitätstheorie, wo, weil ein rotierendes Objekt eine Beschleunigung in radialer Richtung hat, es die Raumzeit um es herum verzerrt.

Edit nach Kommentar:

Die ursprüngliche Energie, die das Universum in Bewegung setzte, die Teilchen erzeugte und Rotationen hervorrief, wird aktuell durch das Urknallmodell beschrieben , am Ursprung unseres Universums vor Milliarden von Jahren, beginnend mit quantenmechanischen Fluktuationen.

Der Ursprung des Spins lässt sich in zwei grundlegenden physikalischen Postulaten nachvollziehen:

1. Einsteins (allgemeines) Relativitätspostulat ,
2. Wigners Prinzip besagt, dass Elementarteilchen irreduzible einheitliche Darstellungen der Symmetrien der Natur tragen.

Nach dem ersten Prinzip ist jedes lokale Bezugssystem der Raumzeit Minkowskisch, und die Gesetze der Physik sind in allen lokalen Bezugssystemen gleich. Nun ist die Automorphismusgruppe eines Minkowski-Raums die Poincaré-Gruppe, daher sind die Gesetze der Physik unter der Poincaré-Gruppe kovariant.

Das zweite Prinzip ermöglicht es uns, tatsächlich zwischen Elementarteilchen und irreduziblen Darstellungen der Symmetriegruppen der Natur zu unterscheiden. Wenn wir dieses Prinzip auf die Poincaré-Gruppe anwenden, erhalten wir, dass Elementarteilchen irreduzible einheitliche Darstellungen der Poincaré-Gruppe tragen und folglich irreduzible einheitliche Darstellungen ihrer Untergruppen, insbesondere der Rotationsgruppe. Da Elementardarstellungen der Rotationsgruppe nun durch den Spin klassifiziert werden, tragen Elementarteilchen Spin.

Diese Beschreibung weist eine Feinheit auf, da die Darstellungen der Rotationsgruppe nur dem ganzzahligen Spin entsprechen, und wie wir wissen, existiert auch ein halbzahliger Spin in der Natur. Dieses Problem wurde auch von Wigner angesprochen, der die Entsprechung zwischen Elementarteilchen und Darstellungen auch auf projektive Darstellungen verallgemeinerte (siehe zum Beispiel Wigners gesammelte Werke ). Die projektiven Darstellungen der Rotationsgruppe entsprechen sowohl dem halbzahligen als auch dem ganzzahligen Spin.

Ich denke, dass der einfachste Weg, diese Frage zu beantworten, darin besteht, das Passende zu sagen. Wenn Sie etwas in den Weltraum stellen, starten oder abliefern, ist es fast unmöglich, dass es sich nicht dreht. In 0g keinen Drehimpuls zu haben ist fast unmöglich. Neben dem Vakuum ist der zufällige Spin das schwierigste Problem im Weltraum.

Warum Planeten, Sterne und andere ausgedehnte Massen eine Rotation haben.

Zunächst ein paar Punkte:

• Die meisten Körper im Universum sind unbeweglich (dh es gibt kein physisches „Scharnier“, das den Körper an Ort und Stelle hält) und bewegen sich im Raum.

• Um einen Körper zu bewegen, muss man ihm einen Impuls geben.

• Der Impuls muss nicht in eine bestimmte Richtung orientiert sein und muss nicht an einem bestimmten Punkt übertragen werden.

• Jeder ausgedehnte Körper hat einen Schwerpunkt.
• Dreht sich der Körper um sich selbst, so dreht er sich um den Schwerpunkt.

Nehmen wir als unseren Körper einen Stab, der sich im freien Raum befindet. Dieser Stab kann mit allen möglichen Objekten bombardiert werden, die ihm Impuls übertragen. Wenn an einem anderen Punkt als dem Com Impuls auf den Körper übertragen wird, findet eine Rotation statt. Wenn wir eine reine Übersetzung wollen, müssen wir den Stab genau im Massenmittelpunkt treffen. Da es unmöglich ist, Impuls genau am Massenmittelpunkt zu übertragen (da beim Messen des Massenmittelpunkts immer ein Fehler auftritt), wird es immer und unvermeidlich zu einer Drehung des Körpers kommen, wenn ihm ein Impuls gegeben wird. Daher haben die meisten ausgedehnten Massen im Universum wie Planeten und Sterne eine gewisse Rotation. Die Erde beispielsweise kollidierte vor langer Zeit mit einem anderen Planeten, wodurch sie sich auch heute noch um die eigene Achse dreht.

Warum Galaxien und Sonnensysteme rotieren.

Das grundlegende Prinzip, das ihnen Rotation verleiht, sieht ungefähr so ​​aus:

Angenommen, Sie haben zwei Massen, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen, aber nicht frontal. Sie wissen, dass zwischen ihnen die Schwerkraft wirkt. Wenn sie sich nähern, krümmen sie sich aufgrund der Schwerkraft aufeinander zu. Durch diese Einbiegung wirkt auf beide eine Zentrifugalkraft. Für einige Konfigurationen dieses Zwei-Massen-Systems (dh die Trennungen zwischen ihnen und die Geschwindigkeiten) schaffen es die Zentrifugalkräfte aufgrund dieser Krümmung, die Schwerkraft so auszugleichen, dass sich die Massen in der Umlaufbahn niederlassen.

In Galaxien passiert das Gleiche. Während sich die Galaxie bildet, beginnen zunächst viele Gasmoleküle, sich auf die gleiche Weise wie oben zu drehen. Dieser anfängliche Drehimpuls bleibt erhalten, da sich immer mehr Gasmoleküle in dieser Galaxie ansammeln, und behält somit diese Rotation bei. Auch das Sonnensystem bildet sich auf die gleiche Weise, und die Materie bildet Klumpen und verschmilzt zu Planeten und so weiter.

Siehe: Wie Galaxien entstehen

Ich bin mir nicht sicher, ob das für den Drehimpuls gilt, aber ich weiß, dass es für den Spin gilt. Wenn sich Dinge verdichten, beginnen sie sich zu drehen oder ihre bestehende Rotation wird beschleunigt. Dies lässt sich leicht in Form von Neutronensternen und als Beispiel von hier auf der Erde einem Tornado erkennen. Im Fall des Neutronensterns dreht er sich schnell, aber vor seinem Zusammenbruch drehte er sich langsam. Dies liegt daran, dass beim Kollaps die Partikel im Inneren des Sterns kondensieren und daher der gesamte Stern kondensiert, was zu einer beschleunigten Rotation führt.

Ich bin mir nicht ganz sicher, aber ich glaube, dass der Drehimpuls ein Ergebnis des Spins und seiner Wirkung auf die umgebende Materie ist.

Planeten drehen sich, wenn sie sich um eine zentrale Masse bewegen. Dies liegt daran, dass Spin und Bahndrehimpuls zusammenhängen. S=m/ML. Daher muss sich jeder umlaufende Planet drehen, um im Gleichgewicht zu sein und in seiner stabilen Umlaufbahn zu bleiben. Diese Beziehung wird in einem Artikel gezeigt, der in Astrophysics and Space Science, V.348, 57 (2013) von Arbab AI et al. veröffentlicht wurde.