О спине частиц. Мой комментарий
Спин, как и заряд, и масса относится к фундаментальному, базовому свойству окружающего нас мира. Спин просто есть у любой частицы и всё. Так задумал Создатель, или оно само нечаянно случилось. О спине речь заходит обычно тогда, когда говорят об электронах, но спин также есть у обладающих массой нуклонах (протонах и нейтронах) и у безмассовых частиц - фотонов. Есть спин и у других частиц, живущих недолго или состоящих из нескольких. Спин можно рассматривать как вектор ("стрелочку"), но очень специфически. Если выбрать какое-либо направление в окружающем пространстве, то спин всегда будет направлен или вдоль этого направления, или обратно, или поперёк него. И никак иначе - это интересное свойство, не имеющее аналога в классическом мире.
Измеряется спин в единицах кванта действия h, делённого на величину 2π, равную полному обороту. И это не случайно. Одни частицы - бозоны - обладают целочисленным или нулевым спином, который можно соотнести с тем, какой оборот сделает условная "стрелка", двигаясь по замкнутой кривой в трёхмерном пространстве. Движение по такой кривой даёт целое число оборотов "стрелки". Другие частицы - фермионы - обладают полуцелым спином, и это соответствует, например, половине оборота "стрелки", движущейся по замкнутой линии на поверхности ленты Мёбиуса. И всё это потому, что фотоны принадлежат к элементам одного типа физического пространства, а электроны с нуклонами - элементам другого. Принадлежность частиц к разному типу пространства приводит к разным типах их статистики в коллективе (и разной симметрии их волновой функции - как следствию). Бозоны подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна и могут свободно проникать друг через друга. Фермионы обладают статистикой Ферми-Дирака и могут "жить" только поодиночке или в паре, но с противоположно направленными спинами (работает принцип запрета Паули).
Общепринятым сейчас считается представление о спине как о собственном моменте импульса частицы, то есть о вращении частицы. Но это довольно грубое представление, ибо пришлось бы допустить сверхсветовую классическую скорость на поверхности электрона, обладающего некоторым классическим радиусом. Но всё же представление о спине как о некотором "собственном вращении" стоит оставить, поскольку размерность кванта действия - это момент импульса. Кроме того, направление спина оказывается связанным с направлением "вращения" частицы, что бы мы под этим не понимали. Изменение направления спина на противоположное меняет и направление "собственного вращения".
Представление о спине как о "вращении" некой плотности распределённого заряда полезно и при рассмотрении магнитного момента электрона, протона и нейтрона, с которыми связаны магнитные свойства многих материалов. Как показывает таблица Менделеева, спин играет чрезвычайно важную роль в последовательности плотной упаковки электронов вокруг ядра атома, следуя в некотором смысле принципу наименьшего действия. Наличие спина у электрона оказывается принципиально важным при его движении в электромагнитном пространстве, о чём свидетельствует релятивистское уравнение Дирака и соответствующая математическая интерпретация Пенроуза. Наверняка, есть важное применение спина и у других частиц и, в том числе - у бозонов.
Итак. Спин есть свойство, необходимое природе. Без него были бы невозможны многие существующие физические явления и свойства частиц. Его существование тесно связано с квантом действия h (постоянной Планка), который является универсальным дискретным элементом физического пространства. Существование полуцелого спина у одних частиц и целого у других делит их не только на два разных мира с разными статистиками коллективного существования, но и позволяет обмениваться энергией между элементами разных пространств. Без такого обмена было бы невозможно устойчивое и динамически равновесное существование окружающего нас мира.
Посмотреть обсуждение, содержащее этот комментарий