philcsy#49
Arra gondoltam, hogy a p pályának van egy csomósíkja, tehát egy olyan sík ahol az elektron soha nem található meg. Ha a mag körül akar keringeni az elektron, akkor ezen a síkon át kell mennie. Ezt viszont nem teheti meg. Ha mindenképpen erőltetni akarjuk a keringést, akkor kapunk egy ugrálva keringő elektront. Ennek viszont nem sok értelme van.
A keringést pont azért vezettük be, hogy szemléletesek legyünk, hiszen a keringést a hétköznapokban megtapasztalhatjuk. Erre jön az ugrálva keringés, ami megint elég távol van a hétköznapi tapasztalatoktól. Kétlem, hogy ez még mindig szemléletes lenne, inkább erőltetett.
Olyan ez mint a "gólya hozza a kisbabát". Egy gyerek számára szemléletes, mert megérti. De ha kicsit is belemegyünk a részletekbe, már nagyon erőltetetté válik.
Visszatérve az eredeti témához. Nem biztos hogy a szemléletesség kedvéért hazudni kellene. A körmozgás egy klasszikus mechanikában található fogalom. SEMMI keresnivalója a kvantummechanikában! Felejtsük el. Ugyanúgy el kell felejteni azt is, hogy egy részecske valamilyen pályán mozog. Miért? Mert ha egynél több elektron van, akkor már nincsenek semmiféle pályák. (Attól hogy az egyetemen is ezt tanítják még nem léteznek. :) ) Persze még ekkor is definiálhatunk önkényesen pályákat, de ezeknek legfeljebb annyi értelmük van, hogy a régi gondolkodásmódunkhoz jobban illeszkednek. (Itt megjegyezném, hogy az említett régi gondolkodásmód nagyon durva közelítésekre épülve fejlődött ki. CSAK kényelmi szempontból ragaszkodunk hozzá. Illetve tiszteletben tartjuk, hogy az egyszerűségük mellett nagyon hasznosnak bizonyultak.)
Végül válaszolok is a kérdésedre:
"De ott is köröznie kell, különben honnan lenne meg a pályamomentum?"
Ott kellene az egészet kezdeni, hogy mi is az a pályamomentum. Honnan jön? Az igazság az, hogy ez egy közelítés során születő mennyiség. Mégpedig a relativisztikus effektusok elhanyagolásánál lép be a képbe, amikor is valami olyat állítunk, hogy a spin a térbeli koordinátáktól független. Az elektron teljes impulzusmomentumát tehát szétbonthatjuk spin és pálya impulzusmomentumra. (Természetesen ez hibás, a hibát elnevezték spin-pálya csatolási tagnak, és mindenki örült.)
Természetesen ez eddig csak szőrszálhasogatás, mert még mindig feltehetjük a kérdést:
De ott is köröznie kell, különben honnan lenne meg a teljes impulzusmomentum?
Most viszont azt kell megérteni, hogy mi is a teljes impulzusmomentum.
A kvantummechanika végtelenül egyszerű. Ki kell törölni a fejünkből mindent és a következőket beleverni:
-Van a rendszerünk, amit éppen vizsgálunk.
-Vannak mennyiségek amelyeket a rendszer vizsgálata során közvetlenül kapunk.
-És vannak mennyiségek amelyeket ezekből a mért mennyiségekből számolunk ki, ezek a származtatott mennyiségek.
(- És van egy matematikai eszköztár amivel ezeket közelítőleg számolni lehet.)
A teljes impulzusmomentum egy ilyen származtatott mennyiség. Na de mi a körözés? Az nem egy mennyiség amit meg lehet mérni. Egyszerűen nincs helye a kvantum mechanikában. Ez egy klasszikus nézetből örökölt dolog, hogy az impulzusmomentumhoz körmozgás szükséges.
Ha mégis szemléletesek akarunk maradni, akkor azt mondhatjuk, hogy az atommag környezetében mozog az elektron. Ez egy olyan dolog amit méréssel ellenőrizni is tudunk. Ezzel szemben, ha körmozgásról, vagy bármilyen kötött pályán való mozgásról akarnánk beszélni, akkor folyamatosan mérnünk kellene az elektron helyét és sebességét. Ezzel viszont a következő probléma adódik:
A két mennyiség elvileg sem határozható meg együtt tetszőleges pontossággal, a hiba pedig nagyságrendileg akkora, hogy értelmetlenné teszi az olyan kijelentéseket, hogy az elektron az atomban itt tartózkodik és ekkora a sebessége.
És van még egy probléma. Amikor azt mondjuk, hogy a bolygók a nap körül keringenek, azon azt értjük, hogy kiválasztunk egy bolygót és annak a mozgását követjük. Ezt elektronnal nem tudjuk megtenni, amennyiben egynél több elektronunk van, hiszen az elektronok megkülönböztethetetlenek. És sajnos a valós világban egynél jóval több elektron található.
És végül egy, remélem meghökkentő, dolog. Ragaszkodjunk a klasszikus nézeteinkhez. Mint mondtam, ha nagyon akarjuk az elektronokhoz lehet pályákat rendelni. De milyenek is ezek a pályák? Na itt van a bökkenő. Ha túllépünk az egy atommagon, és egy molekulát, vagy egy egész embert nézünk, (vagy az egész univerzumot), azt kapjuk, hogy az elektronokhoz rendelt pályák az egész rendszerre kiterjednek. És itt nem arról van szó, hogy valamilyen rendkívül kis értéket mindenhol felvesznek. Maradjunk egy sokatomos molekulánál. A pályák az egész molekulára ki fognak terjedni! Nincs olyan, hogy egy elektronpár két atom között van és összeköti őket. Csak durva közelítéssel tudjuk a két atom közé "lokalizálni" őket. Tehát ami a meghökkentő, nagyon úgy tűnik, hogy az egész univerzum "osztozik" az összes elektronon.
Viszont mielőtt valaki nagyon beleélné magát, hogy az elektronját most éppen a CERN-ben gyorsítják, osztozkodásról megint semmi értelme beszélni, hiszen az elektronok megkülönböztethetetlenek.