О разных свойствах разных пространств. Мой комментарий
Это пост появился в связи с продолжающимися комментариями у И-П и сам является продолжением предыдущих двух. Он является ответом на вопрос nezrim'а: "Меня удивляет, что спин квантуется, подобно заряду. При том, что это векторная величина. А вот импульс, например - НЕ квантуется. Хотя, вроде бы, импульс ближе по смыслу к спину, чем заряд".
Это действительно может удивлять и Вас и меня. Но только до тех пор, пока в этом не попробуешь разобраться. А разбираться приходится глубже, чем позволяют существующие в физике представления. Приходится привлекать новые, пока ещё в виде гипотез, представления о дискретной структуре пространства. Причём рассматривать разные пространства, иначе более понятно не получится.
Дело вот в чём. Я уже упоминал ранее, что существуют два основных физических пространства и одно промежуточное между ними. Существует пространство, условно называемое "ядерным", элементами которого являются такие частицы, как протон, электрон и предположительно составленный из них нейтрон. Все они обладают дискретными массами, дискретным (или нулевым, как нейтрон) зарядом и дискретным спином, полуцелое значение которого "превращает" их в фермионы со своей интересной статистикой поведения в своём коллективе. Таким дискретным этот "фермионный" мир придумал Создатель или ещё кто-то, и с этим ничего не поделаешь. И глубже этого понимания мы пока "копнуть" не можем.
Есть пространство электромагнитное, которое окружает нас и которое мы наивно считаем единственным пространством во всём мире. Это пространство заполнено его возбуждёнными элементами - фотонами, которые массой и зарядом не обладают, но имеют целый (единичный) спин, который "заставляет" их быть бозонами со статистикой свободно существовать вместе и проникать друг через друга. Опять сошлёмся на Создателя, который не стал "фиксировать" конкретные значения импульса и энергии фотона, а позволил им принимать любые значения в рамках величины одного кванта действия h=pλ=Eτ с условием быть жестко связанными через E=pc. Зачем это было нужно Создателю, мы не знаем, но можем предположить, что создавая этот мир, Он планировал поместить дискретные частицы-фермионы в кажущийся нам непрерывным бозонный мир фотонов и сделать так, чтобы получившийся мир был не только устойчив, но и обладал при этом огромным числом всевозможных вариантов. Наглядным примером этого является весь неорганический и органический мир, способный к тому же стать ещё и живым при таком богатстве возможностей.
Ещё есть промежуточное пространство, заполненное в атоме электронами и расположенное между ядром и окружающим электромагнитным пространством. Оно отличается и от одного, и от другого пространства, поскольку электроны там ведут себя не так, как в остальных. В ядро электроны стараются не попадать, так как в своём привычном виде они там существовать не могут, а в электромагнитном - вполне, занимая там место фотона, равное одному кванту действия h. И вот потому, что они занимают место фотона, импульс электрона может принимать любое значение в рамках величины кванта действия h=pλ. В точности, как это делает сам фотон. А вот внутри атомного пространства электронных оболочек электрон так вести себя уже не может. Это - другое пространство. Там у него вообще нет импульса, как отдельного свойства. Там ему позволено иметь только момент импульса и участвовать в общем вкладе всех электронов в орбитальный момент атома. Поскольку спин электрона тоже является моментом импульса (собственным), ему тоже "позволено" проявлять себе внутри этого пространства и участвовать в формировании полного орбитального момента атома. Поскольку пространство в атоме - иное, спину "позволено" показывать в измерениях только свою проекцию на некоторое выделенное естественным образом или выбранное нами направление. В пространстве электромагнитном такого требования нет. Более того, из-за его изотропности, тесно связанной со свойствами фотонов, направление импульса электронов может быть произвольным с соответствующей ему классической проекцией на какое-либо направление. А вот со спином такой "номер" не проходит. Спин электрона ничего не замещает в пространстве фотонов подобно тому, как это делает масса электрона, превращаясь в импульс при его движении. Электрон вынужден существовать "рядом" с импульсом и быть с ним сильно связанным, придавая ему дополнительные свойства, одно из которых проявляется, например, в уравнении Дирака при релятивистском движении электрона. И здесь, также как в атоме, спин электрона не может иметь своего собственного направления, и вынужден показывать в измерениях только три значения своей проекции: -1/2, 0 и +1/2 в единицах ћ=h/2π.
Посмотреть обсуждение, содержащее этот комментарий