در قسمت ششم از مجموعه مقالات کلاس درس کوانتوم، به سراغ یکی از مفاهیم بنیادی و البته اسرارآمیز کوانتومی، یعنی اسپین کوانتومی می رویم. با دیپ لوک همراه باشید…
احتمالا شما هم میدانید نخستین وسیله ای که شوق فیزیک را در ذهن اینشتین خلق کرد، چه بود: یک قطب نمای جیبی ساده که پدرش در ۵ سالگی به او هدیه داد. برای اینشتین ۵ ساله، تغییر جهت عقربه های قطب نما بسیار هیجان انگیز بود. نکته ای که حالا همه ی ما دلیل آن را میدانیم، اما به احتمال زیاد ما هم زمانی از خود پرسیده ایم: آهنرباها چگونه کار می کنند؟ چرا برخی مواد مانند آهن، ویژگی های مغناطیسی از خود نشان می دهند، در حالیکه موادی مانند چوب، هیچ نشانه ای از مغناطیس، ندارند؟ پاسخ تمام این سوالات در ویژگی عجیبی از مواد به نام اسپین کوانتومی ، نهفته که موضوع بحث این کلاس درس است.
به طور کلی، دو نوع اندازه حرکت در جهان ماکروسکوپی وجود دارد: اندازه حرکت کلاسیکی که با حرکت در یک راستای مشخص بدست می آید و اندازه حرکت زاویه ای که بیشتر به صورت چرخش شناخته می شود. اما اشیای جهان میکروسکوپی، نوع اضافه تری از اندازه حرکت دارند که به عنوان اندازه حرکت ذاتی یا اسپینی شناخته می شود. اسپین کوانتومی اغلب با چرخش کلاسیکی مقایسه می شود (به همین دلیل نام اسپین به معنای چرخش را گرفته است). اما این مقایسه، دقیق نیست زیرا اشیای دارای اسپین کوانتومی ، واقعاً نمی چرخند، بلکه چرخش، یک ویژگی صرفاً ذاتی آنهاست.
اسپین، یکی از ویژگی های ذاتی ذرات بنیادی (مانند الکترون) و همچنین ذرات مرکب (مانند هسته های اتمی) به شمار می آید. واحد اسپین، ثابت پلانک کاهش یافته ((ħ = h/(۲π) بخوانید اچ بار) است. ذراتی با اسپین نیمه صحیح، فرمیون و ذراتی با اسپین صحیح، بوزون نامیده می شوند. برای محاسبه ی اسپین کل ذرات مرکب، باید اسپین ذرات سازنده ی آنها را با یکدیگر جمع کنیم.
ارتباط اسپین کوانتومی و مغناطیس چیست؟
ذرات دارای اسپین کوانتومی با تولید میدان های مغناطیسی ضعیف، مانند آهنرباهایی کوچک و عجیب رفتار می کنند. این همان دلیلی است که چرا اشیای ماکروسکوپی (که از تعداد زیادی از این آهنرباها تشکیل شده اند)، مغناطیسی هستند. با این حساب، چرا تمام اشیا دارای رفتار مغناطیسی نیستند؟ دو دلیل وجود دارد:
- اگر یک اوربیتال اتمی، پر باشد، الکترون ها در این اوربیتال، اسپین کوانتومی مخالفی خواهند داشت و در نتیجه میدان های مغناطیسی آنها، یکدیگر را خنثی خواهند کرد. این بدان معناست که هیچ اتمی با اوربیتال های پر، مغناطیسی نخواهد بود. برای اینکه یک اتم، مغناطیسی باشد، باید اوربیتال های نیمه پر داشته باشد تا میدان های مغناطیسی هر الکترون، میدان الکترون های دیگر را تقویت کند.
- از طرفی، تمام مواد از اتم های مغناطیسی ساخته نشده اند و بنابراین ویژگی های مغناطیسی از خود نشان نمی دهند. حتی اگر اتم های تشکیل دهنده ی مواد، مغناطیسی هم باشند، باز ممکن است هیچ اثر مغناطیسی در آنها مشاهده نشود. علت آن است که آرایش الکترونی اتم های تشکیل دهنده ی این مواد، در جهت های متفاوتی، جهت گیری کرده اند که در نتیجه میدان های مغناطیسی آنها یکدیگر را خنثی می کنند. درصد کمی از مواد، دارای اتم های هم جهت بوده و بنابراین میدان های مغناطیسی یکدیگر را تقویت کرده و در نهایت، رفتار مغناطیسی از خود بروز می دهند. به دو دلیل بالا، مواد مغناطیسی بسیار کمیاب هستند.
منظور از اسپین کوانتومی ذرات زیراتمی مانند الکترون و پروتون، دقیقا چیست؟
در ادامه توضیحات مفیدی را از زبان اساتید فیزیک در مورد اسپین از سایت معتبر scientificamerican می خوانیم.
مورتون تاول؛ استاد فیزیک کالج واسر نیویورک:
زمانیکه ذرات بنیادی در یک میدان مغناطیسی حرکت می کنند، مانند آهنرباهای کوچک رفتار کرده و در واقع منحرف می شوند. در دنیای کلاسیکی، یک شی باردار و در حال چرخش، ویژگی های مغناطیسی دارد که بسیار شبیه به همین ویژگی های ذرات بنیادی است. از آنجایی که فیزیکدانان، شباهت ها را دوست دارند، این ویژگی ذرات بنیادی را نیز به صورت چرخش آنها توصیف می کنند. متاسفانه، این شباهت محکوم به شکست است و ما در واقع نمی توانیم الکترون را به صورت یک ذره ی در حال چرخش، تصور کنیم. آزمایش ها نشان می دهند الکترون به وسیله ی میدان های مغناطیسی، منحرف می شود. اگر در مورد چرخش الکترون به دور خودش، پافشاری کنیم، یک تناقض به وجود می آید: برخلاف پرتاب یک توپ نرم بیسبال، اسپین یا چرخش یک الکترون، هرگز تغییر نمی کند و تنها دو جهت ممکن دارد. از طرفی با توجه به قواعد مکانیک کوانتومی، نمی توان مدعی شد که الکترون ها و پروتون ها، اشیای صلب و سفتی هستند.
کورت باخمن استاد کالج بیرمنگام جنوبی:
با شروع دهه ی ۱۹۲۰ میلادی، «اوتو اشترن» و «والتر گرلاخ» از دانشگاه هامبورگ در آلمان، مجموعه ای از آزمایش های پرتوی اتمی را انجام دادند. با علم به اینکه همه ی بارهای در حال حرکت، میدان های مغناطیسی تولید می کنند، آنها تصمیم گرفتند تا این میدان های مغناطیسی تولید شده توسط الکترون ها را اندازه گیری کنند. این دو فیزیکدان دریافتند که اگر الکترون ها، به سرعت به دور خود بچرخند، میدان های مغناطیسی کوچکی مستقل از میدان های حاصله از حرکت اروبیتالی شان، تولید می شود. در نتیجه، واژه ی اسپین (به معنای چرخش) برای توصیف این چرخش واضح حرکت های زیراتمی استفاده شد.
اسپین کوانتومی ، یک کمیت فیزیکی عجیب و غریب است. اگرچه برخی افراد، این کمیت را به چرخش سیاره ای تشبیه می کنند، اما بر اساس اندازه های شناخته شده ی ذرات زیراتمی، این ذرات باردار برای تولید اندازه حرکت های مغناطیسی قابل اندازه گیری، باید سریع تر از سرعت نور حرکت کنند. از طرفی، اسپین، کوانتیزه یا دارای مقادیر گسسته است، یعنی تنها اسپین های خاصی، مجاز هستند. این عوامل باعث می شود تا اسپین کوانتومی ، یکی از چالش برانگیزترین جنبه های مکانیک کوانتومی به شمار رود.
با یک نگاه جامع تر درمی یابیم که اسپین یک ویژگی ضروری و بسیار تاثیرگذار بر الکترون ها و هسته ها در اتم ها و ملکول هاست و دنیای شیمی و فیزیک حالت جامد را می سازد. اسپین، بخش ضروری تمام برهمکنش های میان ذرات زیراتمی در پرتوهای ذرات با انرژی بسیار بالا و سیالات با دمای پایین است. بسیاری از فرآیندهای فیزیکی، از محدوده ی کوچکترین مقیاس های هسته ای تا بزرگترین فواصل اخترفیزیکی به برهمکنش های ذرات زیراتمی و اسپین های آنها بستگی دارد.
ویکتور استنگر، استاد فیزیک دانشگاه هاوایی:
در فیزیک کلاسیکی، اندازه حرکت زاویه ای، یک متغیر پیوسته است. در حالیکه در مکانیک کوانتومی، اندازه حرکت های زاویه ای، گسسته بوده و به صورت واحدهایی از ثابت پلانک تقسیم بر ۴ پی، بسته بندی شده اند. نیلز بور در سال ۱۹۱۳ پیشنهاد کرد که اندازه حرکت زاویه ای، کوانتیزه شود و از این پیشنهاد برای توضیح و تفسیر طیف هیدروژن استفاده کرد.
دانش کنونی ما می گوید ذرات بنیادی شامل کوارک ها، لپتون ها (مانند الکترون) و بوزون ها (مانند فوتون) هستند. این ذرات، همگی به صورت شبه نقطه ای فرض می شوند، بنابراین ممکن است از اینکه چگونه آنها می چرخند (یا به اصطلاح اسپین دارند) متعجب شوید. یک پاسخ ساده این است که شاید آنها هم از چیزی تشکیل شده باشند و به اصطلاح بنیادی نباشند. اما دلایل نظری عمیق تری ما را ملزم می کنند تا برای آنها، اسپین قائل شویم. نکته ی قابل توجه به تفاوت بین فرمیون ها، (ذرات با اسپین نیمه صحیح) و بوزون ها (ذرات با اسپین صحیح) برمی گردد. فرمیون ها از اصل طرد پائولی پیروی می کنند که بیان می کند دو فرمیون یکسان، نمی توانند در حالت کوانتومی یکسانی قرار بگیرند. بدون توجه به اصل طرد پائولی، شیمی هرگز جدول تناوبی نداشت! از طرف دیگر، بوزون ها تمایل دارند تا در یک حالت کوانتومی یکسان، جمع شوند که منجر به پدیده هایی مانند ابررسانایی و حالت چگال بوز-اینشتین می شود.
توضیحات بالا، مفهوم بسیار مهم اسپین را به صورت کیفی توصیف می کنند، این در حالیست که ریاضیات پیچیده ای در پس پرده ی این مفهوم عجیب و غریب وجود دارد که در آینده و در بخش کلاس درس تخصصی کوانتوم به آن خواهیم پرداخت. امیدواریم با مفهوم اسپین کوانتومی به طور نسبی آشنا شده باشید. سوالات خود را می توانید در بخش گفتگو مطرح کنید.
گفتگو۵۹ دیدگاه
در شیمی مقدماتی اسپین الکترون ۱/۲+ یا ۱/۲- تعریف شده بود اگر ممکن است رابطه ی این دو مقدار با ثابت کاهش یافته ی پلانک را روشن کنید.
نه در واقع اونجا برای راحتی کار، نامی از ثابت پلانک آورده نمیشه، وگرنه ثابت کاهش یافته ی پلانک، قسمت همیشگی ویژه مقادیر اپراتورهای اسپینی هست. یعنی همیشه ما ثابت پلانک کاهش یافته رو در مقدار اسپین خواهیم داشت
یک سوال داشتم
اگر n=5 باشد قیمت های احتمالی ml و l را پیدا نماید؟
سلام، خسته نباشید . از مطالب و لینک های بیشتر بسیار سپاسگزارم. طبق اولین در کوانتوم قسمت های دیگری باید باشه، و سلسله گفتار ادامه داشته باشه. اما من تا قسمت ششم رو پیدا کردم. آیا ادامه در سایت وجود نداره؟
باز هم سپاسگزارم.
ارکیده ی عزیز، اگه صفحه ی اصلی سایت رو نگاه کنید، قسمتی به نام “مقالات کلاس درس کوانتومی” قرار داده شده که همواره می تونید قسمت های مختلف کلاس درس رو ببینید. بله فعلا شش قسمت منتشر شده و بزودی قسمت بعدی منتشر میشه
سلام.. در این درس باز هم مفهوم اسپین معلوم نشد…اینکه چیز عجیبی است میدونستم …اینکه ذاتی هست هم درست… اینکه فقط کوانتومیه هم درست..اما واقعا چیه؟
چحوری باید تصور بشه….؟ میدونیم اسپین حافظه هم نداره… و فقط به اندازه گیری مربوطه… با این وجود اسپین از قبل هست و ما داریم اونو پیدا میکنیم یا با اندازه گیری بوجود میاد؟ اونم باز در جهت های مختلفی که اونم به اندازه گیری ما مربوطه…. خلاصه اسپین رو من هنوز نفهمیدم..منبع خاصی واسه این سوالا دارید که به من بگی یا خودتون ی جواب خوب بهم بدید؟
ببینید دوست عزیز، همون طور که در متن هم اشاره شده، اسپین، همتای کلاسیکی نداره و بنابراین مثالی وجود نداره که من برای شما بزنم و شما بتونید به کمک اون، اسپین رو در کنید، چون تمام مثال های ما لاجرم، کلاسیکی هستند!! در مورد اینکه چیزی هست که با اندازه گیری به وجود میاد یا از قبل وجود داره، باید بگم که پذیرش هر کدوم از این رویکردها، دقیقا به تفسیرهای مختلف مکانیک کوانتومی برمی گرده، مثلا تفسیر کپنهاگی فرض می کنه که در مورد تمام پدیده های جهان (نه تنها اسپین) تا ما بهشون نگاه نکنیم، وجود خارجی ندارند! بنابراین بستگی داره بر اساس کدوم تفسیر جلو برید.
خانوم ریاحی میدونیم که تفاسیر مختلفی از کوانتوم وجود داره اما اینم میدونیم که این تفاسیر با ازمایش رد شدن.پس من سوالم در مورد اسپین در مورد تفسیری است که همه جوامع علمی قبول دارن و در تمامی ازمایشات سر بلند بوده هستش….تو این تفسیر اسپین چجوری تفسیر کنیم؟
اتفاقا هیچ تفسیری هنوز مورد قبول تمام دانشمندان واقع نشده. تفسیرهای مکانیک کوانتومی، هنوز هم یکی از چالش برانگیزترین مباحث حوزه ی کوانتوم هست، درسته در رد یا درستی برخی از این تفاسیر، آزمایش هایی انجام شده یا حتی آزمایش های فکری پیشنهاد شده، اما برخی از خود این آزمایش ها بعدا رد شده. به هر حال هنوز عده ای مکانیک بوهمی رو قبول دارن، عده ای تفسیر کپنهاگی رو درست می دونن و برخی جهان موازی رو نهایت کار میدونن، بماند که هنوز تفسیرهای ناشناخته تر دیگه ای هم مورد قبول برخی افراده. اما هنوز اجماعی وجود نداره!
فکر کنم با وجود غیر قابل دسترس بودن دنیای کوانتوم برای درک بهتر اسپین می‌تونیم این طور بگیم که:
اسپین معین می کند که ذره از جهت های مختلف چه شکل و شمایلی دارد. اسپین ۱ به این معناست که با یک دور چرخش یا ۳۶۰ درجه دوران دادن ذره شکل قبل از دوران را پیدا می کند. اسپین ۲ همین ویژگی را ولی با نیم دور چرخش یا دوران ۱۸۰ درجه ای توصیف می کند. حتی ذره ای با اسپین ½ را می توان تعریف کرد که به دو بار چرخش (دوران ۷۲۰ درجه ای) برای رسیدن به شکل قبلیش نیاز دارد. استیون هاوکینگ در کتاب “جهان در پوست گردو” علاقه دارد که این ویژگی را با دسته کارت های بازی (ورق) توصیف کند. بی بی دل را در نظر بگیرید، این کارت با نیم دور چرخش ۱۸۰ درجه ای شکلش حفظ می شود؛ پس می گوییم اسپین آن ۲ است. تک پیک را در نظر بگیرید؛ بدلیل علامت تک آن با نیم دور شکلی متمایز از شکل کنونی پدید می آید ولی با یک دور چرخش به شکل کنونی می رسد، پس اسپین آن ۱ است.
گاهی اوقات با چرخش حول ۳۶۰، به خود حالت نمی‌رسیم، بلکه به منفی اون حالت میرسیم! بلکه با چرخش ۲۷۰ درجه‌ای به حالت اصلی میرسیم!
هانس سی اهانیان به سادگی و روشنی پاسخ این پرسش را داده. در کتاب مکانیک کوانتومی که اتفاقا مخصوص رشته شیمی است:الکترون خود نوعی پیچش در میدان الکترومغناطیسی است پس اسپین آن نیز به همین زبان ساده قابل درک است…
اگرچه دانشجویان شیمی درس کوانتوم را پاس می کنند اما این موضوع یکی از قسمت های فیزیک نوین است…
سلام وعرض ادب
باید از شما کمال تشکروقدردانی را برای این مطالب و وقتی که میزارید داشته باشم.خیلی خیلی سپاس گذارم.
اسپین ها هم مثل سیارات هم به دور خودشون وهم به دور مثلا هسته یا یک محورفرضی میتابند؟!این درسته؟واگردرسته چی اونارو وادار کرده؟
خوب درمورد زمین ما میدونیم که گرانش یا نسبیت عام اما در زیراتمی چی؟یجا میخوندم نسبیت عام در زیراتمی مثل قانون جازبه ی نیتون نسبت به کوانتوم هست یعنی خیلی خامه؟
اما یجا به این نتیجه رسیدم که انگار از یک چرخش خیالی حرف میزنید که فرمودید ذاتی اوناست.یعنی اثری را به علتی که واقعا نیست نسبت دادید چون راه دیگه نبود.یعنی گفتیم خوب مغناطیس یا با چرخش یا با حرکت،حرکت که نمیشه پس چرخشه؟؟؟؟اره؟؟؟
سوال من اینه که شاید ازبیرون از اتم باشه شاید بعضی چیزا واقعا اونجورنباشه که دیده یا حتی تصور میشند.شاید کلید معما خارج ازاتم باشه!!!؟
ممنون که هستید
سلام خانم ریاحی.. با سپاس
چند درصد از نظریات کوانتومی انیشتین تا حالا مورد تایید دانشمندا رسیده؟ مگه کوانتوم رو انیشتین معرفی نکرد ؟ پس چطور هنوز دانشمندا در مورد کوانتوم شک و تردید های زیاد دارن؟
دوست خوبم، جرقه اولیه کوانتوم توسط ماکس پلانک و در جریان تابش جسم سیاه زیاده شد و بعد از اون دانشمندان دیگه (از جمله اینشتین) این ایده رو به مرور زمان و تا امروز، گسترش دادند. از همون ابتدا جنبه های بسیاری از مکانیک کوانتومی، چالش برانگیز بود و دانشمندان بر سر اونا توافق نداشتن و حتی برخی از پایه گذاران کوانتوم، در صحیح و کامل بودن اون شک داشتند چرا که این نظریه در برخی موارد، با چارچوب های فکری قبل از خودش، بسیار متفاوت و حتی گاهی متضاد بود و طبیعی بود که افراد به درستی اون شک کنند، اما چیزی که این شک رو تا حد زیادی برطرف می کنه، سازگاری این نظریه با مشاهدات تجربی هست.
درود
اینشتین یکی از مخالفین سرسخت مکانیک کوانتومی ( موجی ) بودند و ایشان طرفدار ماهیت ذره ای بودن مواد بودند و به همرا بوهر اولین بار که نظریه مکانیک کوانتومی توسط هایزنبرگ و شرودینگر مطرح شد به تسخر گرفتند این نظریه رو
با عرض سلام من یه سوال داشتم آیا اسپینی غیر از اینهایی که گفته شد یعنی صحیح،نیمه صحیح و صفر میتونه وجود داشته باشه؟
آیا ممکن است چنین اسپینی و یا ذره ای با این اسپین کشف شود؟
امیدوارم منظورم رو خوب رسونده باشم
بیتای عزیز، من منظورتو متوجه نشدم، غیر از صفر و اعداد صحیح و نیمه صحیح، انتظار داری چه مقادیر دیگه ای برای اسپین کشف بشه؟
با سلام مجدد بیتا هستم بهتره منظورم رو بیان کنم
منظور من این بود در تعریف اسپین میگیم هر عدد صحیح و نیمه صحیح و صفر میتونه باشه آیا واقعا در دنیای واقعی هر عددی میشه به اسپین نسبت داد من اسپین تمام ذرات بنیادی رو نگاه کردم حداکثر اسپین ۲ بود منظور من این بود آیا واقعا ذره ای هست که اسپینش بیشتر از مقدار باشد اصلا اسپین های بالاتر احتمال وجود دارن؟
من میدونم از لحاظ روابط ریاضی اسپین هر عدد صحیح و نیمه صحیحی میتواند باشد آیا تجربه و علم فیزیک این مورد رو هم دیده؟
ممنونم از توجهتون امیدوارم ایندفعه سوالم رو خوب گفته باشم
دوست عزیز
تو مدل استاندارد ذرات بنیادین ذرات به چند دسته کوارک ، لپتون و ذرات واسطه تقسیم میشن و ذراتی که تو هر کدوم از این دسته بندی قرار می‌گیرد اسپین خاص خودشان را دارند و مدل استاندارد چیزی بیشتر از اینا رو پیش بینی نمیکنه
ممکنه ذراتی دیگه خارج از چهارچوب مدل استاندارد وجود داشته باشند که اسپین متفاوتی داشته باشن
در ضمن یه سری ذرات توسط نظریه های دیگه پیش بینی شدند اما در مدل استاندارد ذرات بنیادین جایی برای اونا وجود ندارد.مثل گراویتون که از پیش بینی های نظریه ریسمانه و نیرو گرانش رو حمل میکنه اما تا حالا مشاهده نشده و جز مدل استاندارد ذرات بنیادی نیست.
من متوجه نمی شوم که اگر مجوع این ذرات بی وزن تشکیل گروه می دهند.پس کلا وزن جسم از چی است؟
سلام
خانم ریاحی یا دیگر دوستان کسی میدونه شاخه ایکه ازعلم کوانتوم روی پیش بینی اتفاقات اینده بحث میکنه اسمش چیه؟ اسم علمیش
با سلام و خسته نباشید
بعد از چند روز که دنبال علت خاصیت مغناطیسی در سایت های مختلف و در پایان نامه های مختلف می گشتم بالخره با این سایت (خوب) رسیدم و متن بالا را چند بار خواندم و باز اون درکو از اسپین نتوانستم بگیرم شاید جواب خانم ریاحی که فکر ما بصورت کلاسیک است درست باشد ولی باید یه رهی باشه که بشود درک کرد یا نه؟ اگر می گویید که الکترون دور خودش نمی چرخد پس چیه ؟
در این جمله “اگر یک اوربیتال اتمی، پر باشد، الکترون ها در این اوربیتال، اسپین کوانتومی مخالفی خواهند داشت و در نتیجه میدان های مغناطیسی آنها، یکدیگر را خنثی خواهند کرد. این بدان معناست که هیچ اتمی با اوربیتال های پر، مغناطیسی نخواهد بود. برای اینکه یک اتم، مغناطیسی باشد، باید اوربیتال های نیمه پر داشته باشد تا میدان های مغناطیسی هر الکترون، میدان الکترون های دیگر را تقویت کند”
۱)اولا چرا باید مغناطیس را به اسپین ربط داد من احساس میکنم که میگه اسپین هر الکترون یک میدان مغناطیسی دارد ولی در حالی که ما تک قطبی مغناطیسی نداریم ؟
دوستان شاید سوالاتی که من پرسیدم و حتی نحوه پرسش من اشتباه باشد پس لطفا اصلاح فرمایید
با تشکر
دوست خوبم، اندازه حرکت زاویه ای اسپینی باعث خاصیت مغناطیس میشه، به همین دلیله که عناصری که دارای اسپین جفت نشده دارند، دارای خاصیت مغناطیسی هستند. در مورد درک اسپین هم تاکید میکنم که نمیتونیم با دید کلاسیکیمون توصیفش کنیم. ریاضیات کوانتوم،اسپین رو نشون میدن، پس راهی جز پذیرفتنش نداریم!
سلام استاد عزیز اینشتین میگفت که خدا تاس بازی نمیکنه وهمچنین میگفت اگه یک نظریه رو نتونی به یک بچه توضیح بدی به احتمال زیاد نظریه ،تو فاقد اعتبار وغلطه …کاش خودش زنده بود ومیدید که فیزیکدانها درگیر چه مسایلی هستند کاش با ذهن هندسی خودش دنیای کوانتوم رو توضیح میداد ولی خودتون هم میدونید که خود آلبرت همون اول کار خودشو کنار کشید …استادعزیز خواهش میکنم به جای اینکه مثل دکتر کامران وفا هی ابعاد عالم رو افزایش بدید و به یازده بعد برسونید به ما جواب رو روی کاغظ با اشکال هندسی توضیح بدید که بفهمیم
سوالی داشتم در رابطه با اسپین فرمیون ها:
این که هر فرمیونی دارای اسپینی است برابر با یک عدد صحیح و نصفی یعنی چه؟
مثلا یک ُو نیم…دو و نیم…..سه و نیم
یا اینکه
یک تقسیم بر نیم(۲)…….دو تقسیم بر نیم……..سه تقسیم بر نیم
محمد عزیز، اسپین صرفا یک عدد ریاضی است که از دل معادلات ریاضی مکانیک کوانتومی نسبیتی ظهور میکنه، در حالیکه در مکانیک کوانتومی غیرنسبیتی، به صورت اصل موضوعه، وارد میشه
برای گرفتن پاسخ ها… با توجه به رسالت این سایت خوب…. کتاب ذرات در پیان گیتی کتاب بسیار خوبی است که برای دوست داران کوآنتومی بسیار شیوا و زیبا درباره ی ذرات مدل استاندارد حرف زده که خوب است آن را بخونیم.
به نویسندگی شون کرول
سپاسگزارم از پیشنهاد خوبتون.
اگر دربارهی تقارن ها و شکست آنها به وسیله ی میدان هیگز هم صحبت کنید از شما ممنون می شوم
برای چه به گراویتون ابر متقارن فرضی می گویند
سلام:نمی دونم تاچه حدسوالم رامی توان به دنیای کوانتوم مرتبط دانست؛ به نظرشمامواجهه بابک رویداد ویایک موضوع مثل یک پژوهش ویا کتاب ویاچیزی شبیه به این موارد را که به دل نمی شینه ولودرچارچوب درس تخصصی شمای نوعی باشه می تواند دلیل بر بی ربطی ویاردآن موضوع باشد.به طور خلاصه یعنی به مصداق حرف مرتبطین که باید به دل بشینه برعکس پرت باشه وازدنیای واقعیت به دوزبانه.متشکرم
من دقیق متوجه سوالتون نشدم، اینکه «هر چی به دل نشینه، پرته!» قطعا درست نیست!و البته ربطش به کوانتوم رو هم متوجه نشدم!
باعرض سلام مجدد
البته من به نوعی به بی ارتباطی سؤالم درخصوص حرف دل ونشستن ان بردل به واسطه حرف دل بودن کمی باورداشتم اما به دلایلی ازجمله ارتباط انگیزه های درونی وتمایلات متقابل درزندگی اجتماعی انسان با مبانی فلسفی مکانیک کوانتوم دوست دارم حداقل دراین خصوص با جملاتی ویا مباحثی ازطرف شما راهنمایی بشوم.درهرصورت ازمطالب ارزشمندتان لذت می برم ودرصورت امکان کمی دررابطه بااین موضوع بحث واظهارنظرفرمایید.
سلام خدمت خانم ریاحی بیزحمت در مورد نظریه ریسمان ها یک مطلبی بذارین.و همچنین در مورد جمع های با مقادیر منفی مثلا مقدار۱/۱۲-=…+۴+۳+۲+۱ توضیح بدین چون این مقادیر منفی شاید از نظر ریاضیات اشتباه بدست آمده باشند.ولی اساس کار فیزیک کوانتوم میباشند.چون علاقه مند به این قسمت از فیزیک میباشم.خوشحال میشم در ایم مورد بهم کمک کنید.ممنون
سایت شما بسیار عالیه
خیلی لذت بردم
ممنون از زحماتتون
از اظهار لطف شما به دیپ لوک بسیار سپاسگزاریم و خوشحالیم که توجه شما رو جلب کرده
من دو تا سوال داشتم
تویه ازمایش اشترن – گلاخ مفهوم اسپین تقریبا به صورت تجربی مشاهده شد ولی سوال من ازمایش هایه متوالی از اشترن گلاخ هست
به طور مثال الکترونی با اسپین مثبت به سمت بالا کشیده شد و الکترونی با اسپین منفی به سمت پایین اگه در طی همین مسیر الکترون هارو از نظر مثبت بودن و منفی بودن اسپین جدا کنیم
الکترون هایی که اسپین مثبت داشتن و به سمت بالا رفتن رو دوباره حین همون مسیر وارد ازمایش دیگه ای بکنیم چه اتفاقی میفته؟ یعنی همشون میرن بالا یا اینکه اسپین میتونه تغییر کنه و دوباره همون الکترون ها با اسپین مثبت به دو گروه اسپین مثبت و منفی (در صورت ثابت نبودن اسپین) تفکیک بشن
رادین عزیز در آزمایش اشترن-گرلاخ در هر مرحله، یکی از مولفه‌های اسپینی (x،y و z ) اندازه‌گیری میشه که مشاهده‌پذیرهای ناساگار به حساب میان، و مثلا اگر ما مرحله‌ی اول مولفه‌ی z اندازه حرکت اسپینی رو اندازه بگیریم و مقدار مثبت اون رو وارد دستگاه بعدی که مولفه‌ی x رو اندازه‌گیری کنیم و بعد باز در مرحله‌ی بعد، مولفه‌ی z رو دوباره اندازه‌گیری کنیم، هم مقدار مثبت و هم مقدار منفی بدست میاد! یعنی سیستم، حافظه‌ی خودش رو از دست میده! (برای درک بهتر این آزمایش، میتونید کتاب تاوزند و مک اینتایر رو مطالعه کنید، شکل صفحه‌ی ۶ کتاب تاوزند، دقیقا این مراحل رو نشون میده. این کتاب‌ها در دانلودکده موجوده).
سوال دومم
ما میگیم اسپین حرکت الکترون به دور خودشه و مطابق قوانین دسته راست باعث ایجاد میدان مغناطیسی میشه
ولی اگه الکترونی از بالا ساعتگرد بچرخه از پایین برعکس حالت اول و پادساعتگرد میچرخه و تو ازمایش اشترن گلاخ همه الکترونا به دو سمت مختلف رفتن یعنی اسپینشون ربطی به زاویشون نداره و این مفهوم اسپین که حرکت الکترون به دور خودشه زیر سوال میره
از یه طرفی میدان مغناطیسی از حرکت ذرات باردار (الکتریکی) ایجاد میشه و الکترون باید یه حرکتی داشته باشه که بستگی نداشته باشه حرکتو از کدوم جهت ببینیم
در هر جهتی باید همون شکل اول باشه
😐 بعد با این نتیجه حرکتش واقعا چه جوریه؟؟
توجه کن که ما چند بار در متن هم اشاره کردیم که اسپین دقیقا حرکت چرخشی به دور خودش نیست، این فقط یه تشبیه بسیار خامه.
یه سوال دیگه هم میپرسم
قضیه این که اسپین ۲ فلان درجه بچرخه برعکس میشه و اسپین ۱/۲ فلان قدر از کجا اومده؟ و چه جوری حساب میشه؟ کی مطرحش کرده ؟
من چند جا دیگه علاوه بر اینجا شنیدم و بنظر میاد که غلط نباشه و حتما یه محاسباتی داشته
با سلام
ایا تا به حال کسی موفق به ارائه تابعی ریاضی در جهت توضیح حرکت اسپینی شده؟
ممنون
با سلام و خسته نباشید ، یه سوالی از خدمتتون داشتم ، من کارشناسی ارشد برق قدرت هستم اما علاقه شدیدی به رشته فیزیک دارم می خواستم بپرسم که ایا بنده میخواهم رشته فیزیک رو ادامه بدم میتونم از پسش بر بیام یا نه ؟ لطفا راهنمایی کنید.
قطعا اگه علاقه داشته باشید میتونید از پسش بربیاید
سلام
ممنون
با درود و خدا قوت
اگر یک مقدار آهن ربای مایع رو در ظرفی نزدیک اهن ربای دیگه ای بگیریم آهن ربا ی مایع به حالت قله کوه یا قندیل های کنار هم آرایش میگیره؟ آیا این پدیده به علت همین حرکت کوانتومی اسپین هاست؟
دوستان اسپین یک خاصیت ذاتیه. هیچ ربطی به چرخش نداره. در معادله شرودینگر اسپین دستی وارد میشه. ولی آگه معادله شرودینگر رو نسبیتی کنیم و معادله دیراک رو بدست بیاریم خود بخود وارد معادله میشه – تا نسبیتی بشه- پس درسته. تازه قسمت عجیب این نیست و آگه آزمایشات پی در پی اشترن گرلاخ با میدان های مغناطیس در راستاهای مختلف انجام بدید برق از سرتان از نتیجه آزمایشات میپره
سلام
چه انگیزه ای باعث شد تا خصوصیتی بنام اسپین برای ذرات در نظر گرفته بشه و با این مدل توصیف بشن؟ چون این چرخش که بهرحال مشاهده عینی نمیشه و قابل مشاهده هم نخواهد بود. پس باید بگوئیم بدلیلی چرخشی را برای ذره توصیف کرده اند. این دلیل چیست؟ وقرار شده چه مشکلی را در مدل با این چرخش حل کنند؟
وقتی بزرگانی مثل لویی دوبروی، ماکس بورن،پل دیراک، ورنر هایزنبرگ، ولفگانگ پاولی، سعی داشتن با توجه به دوگانگی موج_ذره الکترون، و همینطور معادلات موج اروین شرودینگر، که برای تارهای مرتعش نوشته شده بود،، اتم اوربیتالی را بسازند.
دچار یک مشکل بزرگ شدند و آن این بود که؛
چرا نباید همه الکترون ها در یک اربیتال، و در یک محدوده، در اتم قرار بگیرند. زیرا که در اینجا دیگر، بحث تعادل نیروی جاذبه الکتریکی و گریز از مرکزِِ ناشی از گردش الکترون به دور هسته، مطرح نبود، تا باعث شود که الکترونها در مدارهایی با فواصل مختلف از هسته قرار بگیرند.
زیرا در این مدل اتمی، الکترون ها ذره نبودند، بلکه موج بودند!
این نکته باعث ساخته شدن اصل طرد پاولی شد.
طبق این اصل؛ “الکترون ها نمیتوانند در یک نقطه از اتم یا مثلاً در یک اربیتال روی هم سوار شود، زیرا که این الکترون ها، هر کدام دارای اعداد کوانتومی متفاوت هستند”
اما این اصل یک استسناء داشت؛
در هر اوربیتال دو الکترون قرار داشتند و آنهم با اعداد کوانتمی یکسان!!!
پس برای رفع این مشکل یک عدد کوانتومی دیگر، به نام اسپین ساخته شد، تا به هر کدام از دو الکترون، درون یک اوربیتال، اسپین متفاوت داده شود. و به این ترتیب، اصل طرد پائولی، که تنها راه برای حفظ مدل اتمی بود، پابرجا، باقی بماند!
در آن زمان که این اسپین خلق شد، نه کسی در باب آن آزمایشی کرده بود و نه اثراتی از آن دیده شده بود. به همین خاطر است که اسپین را، بطور دستی وارد معادلات شرودینگر کردند!
پس، علت خلق اسپین در آن مقطع زمانی، توسط سردمداران مکانیک کوانتوم حفظ اتم اوربیتالی بود ولاغیر!
سلام میشه رابطه اسپین ومقادیر ویژه وبردارهای ویژه را بفرمایید.
و در کل مقادیر وبردارهای ویژه در فیزیک چه کاربردی دارند.تشکر
سلام
حالت‌های مجاز اسپین هسته یک اتم چطوری بدست میاد؟مثلا برای اکسیژن ۱۷؟
سلام ممنون بابت مقاله خوب
یک سوال داشتم آیا ما افراد عادی هم میتوانیم درخانه با آزمایش اسپین الکترتون مشخص کنیم
سلام من یک مقاله ساده د رمورد کدگزاری و انتگلمنت می خوام . اینجا هست ؟
یک سوال داشتم
اگر n=5 باشد قیمت های احتمالی ml و l را پیدا نماید؟
سلام ممنونم از مطالب مفید
سوالی داشتم.
ایزو اسپین برای سه ذره را چگونه باید حساب کنیم؟
ممنون میشم
سلام
چرا آزمایش اشترن گرلاخ با الکترون های آزاد امکان پذیر نیست؟
سلام وقت بخیر
ممنون از توضیحات خوبتون عالی بود و استفاده کردم
یه سوال داشتم
تو آزمایش اشترن گرلاخ میبینیم که ذرات نقره نقاطی رو در دو ناحیه بالا و پایین روی صفحه ایجاد میکنن و در واقع دو تا ناحیه روی صفحه مقابل دستگاه SG به وجود میاد ، اما پیش بینی مکانیک کلاسیک اینه که پرتوهای خروجی نقره نقاط بی نهایت و نامنظمی روی صفحه ایجاد کنن به صورت یک نوار؟؟؟ میشه انتظار مکانیک کلاسیک رو از آزمایش شرح بدید
ی سوال ایا همه ذرات دارای اسپین هستن چرا؟
سلام ممنون از مطلب مفیدتون،،،به نظر میاد هر شکلی را ۳۶۰ درجه بچرخانی مثله اول میشه مگر اینکه چرخش دایره وار نباشه یا حول یک محور نباشه،،،حالا الکترون شکلش با بوزون متفاوته؟ یا نحوه چرخشش؟ وایا امکان داره ،تفاوت بین خاصیت فرمیونها وبوزونها به شکل واسپین اونها مربوط باشه؟