„Spin“ ist eine fundamentale Eigenschaft von Elementarteilchen wie dem Elektron, das Bilder einer kleinen Kugel heraufbeschwört, die sich schnell um ihre eigene Achse dreht, wie ein Planet in einem geschrumpften Sonnensystem.
Einfach nicht. Du kannst nicht. Zum einen sind Elektronen keine Materiekugeln, sondern Punkte, die in der Wahrscheinlichkeitsmathematik beschrieben werden.
Aber der Caltech-Philosoph der Physik Charles T.
Indem er die Grundlage der Materie hauptsächlich in Bezug auf Felder einrahmt, werden einige der Eigenschaften und Paradoxien, die sich aus einer teilchenzentrierten Sichtweise ergeben, verwischt, sagt er.
„Philosophen fühlen sich von Problemen angezogen, die schon sehr lange ungelöst waren“, sagen Sieben.
„In der Quantenmechanik haben wir Methoden, um die Ergebnisse von Experimenten vorherzusagen, die für Elektronen gut funktionieren und den Spin erklären, aber wichtige grundlegende Fragen bleiben unbeantwortet: Warum funktionieren diese Methoden und was geht im Inneren des Atoms vor?“
Fast ein Jahrhundert lang haben sich Physiker mit experimentellen Ergebnissen auseinandergesetzt, denen zufolge die kleinsten Teile der Realität nicht wie die Objekte in unserem Alltag aussehen oder sich so verhalten.
Spin ist ein solches Adjektiv. Wie eine sich drehende Kugel, die auf die Innenwand eines Billardtisches trifft, trägt sie einen Drehimpuls und beeinflusst die Richtung des sich bewegenden Teilchens. Anders als beim Spielball kann der Spin des Partikels jedoch nicht beschleunigt oder verlangsamt werden, sondern ist immer auf einen bestimmten Wert begrenzt.
Um die grundlegende Natur der Materie noch schwieriger zu visualisieren, bedenken Sie die Tatsache, dass die Größe eines Elektrons so klein ist, dass es ihm effektiv an Größe mangelt. Wenn es groß genug wäre, um ein Volumen zu haben, würde sich die in diesem Raum verstreute negative Ladung selbst anschieben und das Elektron zerfetzen.
Bemerkenswerterweise, selbst wenn wir wohltätig wären und dem Elektron als Teilchen den größten Radius geben würden, den Experimente zulassen würden, würde sein Spin die Lichtgeschwindigkeit überschreiten – etwas, das bei Geschäften in dieser Größenordnung ein Faktor sein kann oder auch nicht, aber für die Viele Physiker weigern sich deshalb, über den Spin von Elektronen zu sprechen. .
Eine Möglichkeit, den Teppich der grundlegenden Physik etwas leichter kartierbar zu machen, besteht darin, Punkte der Materie als Aktionen zu beschreiben, die in den Teppich eines Feldes eingebettet sind, und diese Aktionen dann als Teilchen zu interpretieren.
Quantenfeldtheorie QFT tut dies erfolgreich, indem es Aspekte von Einsteins spezieller Relativitätstheorie, klassischer Feldtheorie und Teilchenaussagen der Quantenphysik miteinander verwebt.
Es ist keine umstrittene Theorie, und doch wird immer noch darüber diskutiert, ob diese Felder grundlegend sind – sie existieren, selbst wenn die durch sie plätschernden Blobs stumm sind – oder ob Partikel die Hauptakteure sind, die lebenswichtige Informationen darstellen, und Felder nur eine Annehmlichkeit sind. Skript.
Für uns mag es wie eine triviale Unterscheidung erscheinen. Aber für Philosophen wie Spencer sind die Konsequenzen eine Untersuchung wert.
Wie erklärt In einem 2019 veröffentlichten Artikel in Zeit Journal: „Manchmal erfordern Fortschritte in der Physik eine erste Überprüfung, Neuinterpretation und Überarbeitung der Theorien, die wir bereits haben.“
Eine erneute Untersuchung der Quantenfeldtheorie unterstreicht mehrere wichtige Vorteile, Felder zu einer Priorität in der Physik gegenüber einem Teilchen-zuerst-Ansatz zu machen, einschließlich eines Modells, das Elektronen auf eine Weise neu erfindet, die uns bessere Einblicke in ihr Verhalten geben kann.
„In einem Atom wird das Elektron oft als Wolke dargestellt, die zeigt, wo sich das Elektron befindet, aber ich denke, das Elektron breitet sich tatsächlich über dieser Wolke aus.“ sagen.
Indem das Elektron tatsächlich durch ein Feld verteilt wird, anstatt auf einen Punkt beschränkt zu sein, kann das Elektron tatsächlich auf eine Weise rotieren, die weniger mathematisch und eher physikalisch beschrieben ist.
Obwohl es kein kleiner Planet im Sonnensystem wäre, würde sich dieses rotierende Elektron zumindest mit einer Geschwindigkeit bewegen, die sich über keine Gesetze hinwegsetzt.
Wie sich diese diffuse Ausbreitung negativ geladener Materie dagegen sträubt, selbst zu explodieren, ist eine Frage, auf die Spence keine Antwort hat. Aber indem er sich auf die Feldaspekte des streuenden Elektrons konzentriert, ist er der Ansicht, dass alle Lösungen sinnvoller sind als Probleme, die sich aus unendlichen Einschlusspartikeln ergeben.
Es gibt ein Zitat, das in den Hallen der Quantentheoretiker zur Folklore geworden ist – „Halt die Klappe und zähle.Es ist zu einem Synonym für geworden Avantgardistische Landschaften Aus dem Quantenreich, wo Bilder und Metaphern nicht mit der unheimlichen Präzision der reinen Mathematik konkurrieren können.
Hin und wieder ist es wichtig, unsere Berechnungen anzuhalten und alte Annahmen in Frage zu stellen – und vielleicht sogar für eine neue Perspektive auf die Grundlagen der Physik zu bleiben.
Dieses Papier ist erschienen in Synthese.
