¿Puede una onda poseer un giro?

Question

Dado que una onda de materia está asociada a una partícula en la mecánica cuántica, ¿la onda gira? Es decir, ¿podemos visualizar el giro de la onda o es posible que la onda gire?

Answer 1

Sólo algunos enlaces..

El electrón está compuesto por dos ondas escalares esféricas, una hacia dentro y otra hacia fuera. Se produce un desplazamiento de fase de la onda hacia adentro en la región del centro de la onda cerca de donde $\tau=0$ y el giro aparece como una rotación necesaria de la onda de entrada para convertirse en la de salida. Este requisito es una propiedad del espacio 3D denominada rotación esférica. Para transformar la onda entrante en una onda saliente y obtener la onda saliente con las relaciones de fase adecuadas se requieren desplazamientos de fase de la onda entrante en el centro. Estos desplazamientos de fase producen un valor de espín en toda la estructura de la onda. Dado que el espín es el resultado de los desplazamientos de fase de la onda requeridos, una propiedad del espacio 3D, el espín tiene el mismo valor para todas las partículas cargadas, independientemente de otras propiedades de las partículas.

También,

Se muestra cómo el espín del electrón y de otras partículas cargadas surge de la estructura ondulatoria cuántica de la materia. El espín es el resultado de la rotación esférica en el espacio cuántico de la onda cuántica esférica hacia adentro (avanzada) de un electrón en el centro del mismo para convertirse en la onda hacia afuera (retardada). La rotación de la onda es necesaria para mantener las relaciones de fase adecuadas de las amplitudes de onda. La rotación esférica, una propiedad única del espacio tridimensional, puede describirse utilizando el álgebra de la teoría de grupos SU(2).

El origen físico del espín del electrón - utilizando la estructura cuántica de onda-partícula

Matemáticas del espín de los electrones

Answer 2

A nivel de partículas, la mayoría de la gente no piensa en el "giro" en términos de movimiento real, sino como algo totalmente distinto. El espín se considera a menudo sólo una propiedad matemática. Esto se debe a que algunas cosas no tienen mucho sentido si se piensa en electrones que giran alrededor de algún eje.

Si interpretas el espín como un electrón (u otra partícula) en realidad girando alrededor de un eje, algunas cosas no tienen mucho sentido, como las partículas de espín 1/2 frente a las partículas con otros semiespines. Supongo que podría pensar en una partícula con espín como una onda giratoria, que se mueve como la luz polarizada circularmente, pero no estoy seguro de que sea útil pensar así.

Ver el Significado de Spin . Puede aclarar algunas cosas.

Answer 3

Se puede pensar en el giro de forma abstracta como en Respuesta de PipperChip . La física fundamental de un sistema no cambia si elegimos rotar el sistema de coordenadas con el que describimos la Naturaleza. Lo que esto significa es que, para un sistema aislado, se puede describir su evolución mediante la minimización de un Lagrangiano que no cambia si se transforman las coordenadas por rotación. Teorema de Noether entonces nos dice que hay tres cantidades conservadas para el sistema: una para cada uno de los "generadores" de las rotaciones - piense en ello como una para cada componente vectorial de la dirección del eje de rotación. Estas tres componentes son las que llamamos componentes vectoriales de momento angular . Así que el espín de un electrón solitario descrito por la ecuación de Pauli o Dirac en el marco del centro de masa del electrón o de un fotón solitario descrito por las ecuaciones de Maxwell es simplemente la cantidad abstracta que se conserva a fuerza de que "a la naturaleza no le importa cómo giramos nuestra descripción".

En el caso de un fotón (cuya física me resulta más conocida que la de un electrón), se puede visualizar muy bien el espín a través del Descomposición de Riemann-Silberstein de las ecuaciones de Maxwell. La evolución del estado cuántico de un fotón solitario está descrita precisamente por las ecuaciones de Maxwell: en consecuencia, se puede pensar en $\vec{E}$ y $\vec{B}$ vectores de campo girando como lo hacen para la luz polarizada. Hay que tener cuidado de entender, en el caso de un fotón, que el $\vec{E}$ y $\vec{B}$ Los vectores de campo no son literalmente campos eléctricos y magnéticos, sino componentes del estado cuántico del fotón. Digo más sobre esto en esta respuesta aquí .

Answer 4

La única forma en que puedo imaginar físicamente una onda EM en rotación es como un fotón que pasa y cuya trayectoria es doblada por un agujero negro y llevada a la rotación.

Si una onda luminosa EM está girando, entonces el frente de onda planar debe ir más rápido a radios mayores. Eso requeriría una modificación del postulado de la velocidad constante de la luz. A radios menores iría más lento que la velocidad de la luz y a radios mayores iría más rápido que la velocidad de la luz. A un radio determinado, la onda giratoria iría a la velocidad conocida de la luz, que está relacionada con su masa en reposo.

El campo eléctrico es perpendicular al campo magnético y ambos son perpendiculares a la dirección de movimiento de la onda. Por lo tanto, los frentes de onda de una onda en rotación deben inclinarse y acortar efectivamente la longitud de onda de la onda en rotación (contracción de la longitud). Tardará más en girar un ciclo, ya que recorre un camino más largo de rotación más movimiento hacia delante (dilatación del tiempo).

Además, la interacción de las ondas giratorias disiparía la energía, ralentizaría el tiempo y provocaría la curvatura y expansión del espacio. Actualmente estoy trabajando en la reconciliación de la Aproximación de la Onda Rotatoria RWA con la Onda Rotatoria del Electrón.

Para el vídeo: https://youtube.com/watch?v=cc0rY8kk831 Para más detalles sobre las matemáticas y los gráficos, véase mi artículo http://jnsnet.info/journals/jns/Vol_5_No_1_June_2017/1.pdf