Warum kann ich mir den Spin nicht einfach als rotierend vorstellen?

(1) Erstes Argument

Ein gewöhnliches Objekt, das sich um eine Achse dreht, hat einen Drehimpuls, der dadurch bestimmt wird, wie die Masse des Objekts um die Achse verteilt ist und wie schnell sich das Objekt dreht. Bei festem Drehimpuls ist die Winkelgeschwindigkeit geringer, wenn die Masse weiter von der Achse entfernt ist; ist die Masse näher an der Achse verteilt, ist die Winkelgeschwindigkeit höher. Stellen Sie sich einen sich drehenden Schlittschuhläufer vor, der sich mit ausgestreckten Armen mit einer langsameren Geschwindigkeit und mit über Kopf (auf der Achse) gezogenen Armen mit einer anderen, höheren Geschwindigkeit dreht.

Für Elektronen wurde keine Größe gefunden; sie scheinen Punktteilchen zu sein. Wenn ein Elektron eine endliche Größe hat (die zufällig zu klein ist, um es zu sehen), führt es zu Problemen in jeder klassischen Beschreibung, wie der Ladungsselbstabstoßung mit unendlicher Energie oder einer Oberfläche, die sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit dreht. Wenn das Elektron ein Punktteilchen ist, dh keine endliche Größe hat, dann kann es keinen Drehimpuls haben, weil es sich um seinen eigenen Massenmittelpunkt dreht, weil sich das gesamte Objekt auf seiner Rotationsachse befindet. Wie kommt man aus diesem Rätsel heraus?

Sie können ein Elektron nicht "sehen", um festzustellen, ob es sich dreht oder nicht. Das „Spinning“ des Elektrons ist nicht messbar; es macht keinen Sinn, in der Wissenschaft davon zu sprechen. Sie können jedoch den Drehimpuls eines Elektrons messen; Es ist sinnvoll, in der Wissenschaft vom Drehimpuls zu sprechen. Stellen Sie sich das Elektron daher nicht als ein „sich drehendes“ Objekt vor (das wir niemals kennen oder beobachten können); Stellen Sie sich vor, es hat einfach einen "intrinsischen" Drehimpuls.

(2) Zweites Argument

Die Nützlichkeit einer Analogie in der Wissenschaft wird dadurch bestimmt, ob Sie Rückschlüsse ziehen oder andere Merkmale in einem ersten untersuchten System durch die Analogie und das Wissen eines zweiten Systems verstehen können.

Das Denken von Spin als "Spinning" führt klassisch zu konzeptionellen Problemen, lässt sich nicht leicht auf masselose Objekte verallgemeinern, geht mit halbzahligem Spin nicht gut um (die Darstellungen eines klassischen Spinnobjekts sehen nicht wie ein Objekt mit Spin 1/2 aus) und ermöglicht es Ihnen, fast nichts richtig über das Elektron zu schlussfolgern, außer dass Sie das Gefühl haben, zu wissen, woher der Drehimpuls kommt. Diese Sichtweise funktioniert am Anfang nicht gut und ist eine Sackgasse, wenn Sie weiter Physik studieren.

Andererseits vermeidet die Betrachtung des Spins als intrinsischer Drehimpuls alle oben genannten Probleme und fügt sich, wie Sie bei weiterem Studium feststellen werden, gut in den Rest der Physik ein.

(3) Der Spin-1/2 und der Wert ℏ√3/2 stammen aus der Gruppentheorie und einer besonderen Wahl der Einheiten für den Drehimpuls. Das kann in einem Beitrag nicht wirklich gut erklärt werden; Arbeitskreis Theorie für Physiker.

Viel Glück!

In Bezug auf "die hypothetische Oberfläche des Elektrons müsste sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit bewegen, damit es sich schnell genug dreht, um den erforderlichen Drehimpuls zu erzeugen."

Dieser Kommentar bezieht sich auf Berechnungen im Zusammenhang mit Trägheitsmomenten , wenn das Elektron als rotierender Ball oder Ring betrachtet würde, müsste es sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit drehen. Tatsächlich beweist die Rechnung, dass ein Elektron keine sich drehende Kugel oder kein Ring ist.

Es ist wichtig anzumerken, dass dies nicht andere Arten von sich drehenden Objekten ausschließt, die die richtigen Eigenschaften haben könnten. Betrachten Sie dieses_verknüpfte Objekt (Drahtgittervideo eines sich drehenden Torus um einen sich drehenden Ring), das Eigenschaften hat, die denen eines Elektrons entsprechen. Hoffentlich können Sie sich ein visuelles Bild von der „ungewöhnlichen“ Energiemenge machen, die erforderlich ist, um diese Art von Objekt umzudrehen, was zu dem Wert führt, den Sie für den Drehimpuls sehen.

Das Band auf einem Bandschleifer kann sich in einer länglichen Schleife mit zwei zusammenwirkenden Achsen bewegen und sich gleichzeitig um eine zentrale Achse drehen. Wenn Sie sich mit der gleichen Geschwindigkeit um beide Achsensätze bewegen, kommen Sie am Ende in einer halben zentralen Drehung zurück, wo Sie begonnen haben gleichzeitig mit einer halben länglichen Drehung. Der Rest der möglichen Spinwerte kann auch durch andere Kombinationen gleichzeitiger Drehungen um die mehreren Achsen abgeleitet werden, und für Spin zwei müssten Sie meiner Meinung nach das zylindrische Band durch ein Möbiusband ersetzen.