معنى الـ spin

[إيمان]

مقال يتحدث عن معنى الـ spin، وفي نهايته يوجد تمثيل بسيط لفهم معنى كون الـspin يساوي نصف عدد صحيح من ثابت بلانك أو عدد صحيح منه (في الواقع لم أفهمها فأرجو ممن يفهمها أن يوضحها مشكورًا).

إن أردتم ترجمة المقال فالرجاء إخباري.

الجزء 1

[إيمان]

الجزء 2

الجزء 3

[جنين]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته,,,

 أهــــــــــــــلاً ومسهلاً وألف مرحباً  بإيمان  '> ..

بتأكـــــــــــيد نطمع في ترجمتك ,, وطرح أفكارك الخاصة الغير متأكدة منها بين قوسين ( شفتي شلون حتى تفكيرك الشخصي ماراح نتنازل عنه  :'> )

 وجزاك الله خير,, وجعله سبب في تفريج كل صعوبة في الفهم لديكي..

                                                         والسلام عليكم..

[إيمان]

وعليكم السلام ورحمة الله وبركاته..

شكرًا لاهتمامك جنين

ترجمت المقال إلا أني لا أضمن لكم خلوه من الأخطاء، لذا أرجو تنبيهي إن وُجدت.

-----
تقريبًا كل الكتب غير التقنية في ميكانيكا الكم اختارت أن تشرح غموض الكم باستخدام مفهوم "اللف الذاتي spin". حاولت أن أمنع هذا بالرغم من أنه تقريبًا أكثر الصفات الكمية "quantumy". وهو بعيد جدًا عن أي شيء يمكننا تصوره باستخدام لغتنا اليومية.

في عام 1896 اكتشف زيمان أنه عندما نضع الذرات في مجال مغناطيسي ثم أُثيرت فإن الخطوط الطيفية -الشرائط الرفيعة من الضوء التي تكوّن نموذجًا على شاشة ناتجًا عن ضوءها المنبعث- ستنشطر إلى عدة أجزاء. في حالات معينة هذا الانشطار يمكن فهمه بالنظرية الكلاسيكية (غير الكمية) التي طورها لورنتز ولكن بشكل عام هذا التأثير لم يُستطاع فهمه وسمي بـ"تأثير زيمان الشاذ". لم يصل عام 1925 إلا واقترح Sam Goudsmit و George Uhlenbeck أنه ربما يتعلق بخاصية أخرى للالكترونات الذرية أبرزها المجال المغناطيسي. باستخدام مفاهيم مبينة على نظرية الكم القديمة المتضمنة لمدارات بور للالكترونات اقترحوا أنه بالإضافة إلى حركة الالكترون المدارية حول النواة فإنه يلف حول محوره (تمامًا كما تلف الأرض مع دورانها حول الشمس). ولكن هذا الـ"اللف الذاتي الكمي" مختلف عن أي شيء يمكننا تخيله بناءًا على مشاهداتنا اليومية للأجسام التي تلف مثل الكرات.

كانت المشكلة أنه كالعزم الزاوي المداري orbital angular momentum يجب أن يكون العزم الزاوي الذاتي (أو المغزلي - السبيني) spin angular momentum مكمم quantized. أولاً: كل الالكترونات تلف بنفس المعدل تمامًا ولا يمكن أن تتباطأ أو تتسارع. اتجاه اللف الذاتي أكثر غموضًا، هو عبارة عن تراكب superposition لعدة اتجاهات في نفس الوقت إلى أن ننظر. بفعل ذلك يجب أن نحدد محور (أساسًا اتجاه) يدورون حوله، بحيث نجدهم دائمًا يدورون حول هذا المحور باتجاه عقارب الساعة أو عكس عقارب الساعة. رغم ذلك، قبل أن ننظر سيكونون في تراكب من اللف الذاتي في كلا الاتجهاين في نفس الوقت!

أخيرًا، ما نعتبره دورة 360 درجة للالكترون لن تعيده إلى حالته الكمية quantum state الأصلية، يحتاج أن يدور دورتين كاملتين لذلك. السبب في أن هذا يبدو غريبًا أننا لا يمكننا أن نفكر في الالكترون إلا ككرة صغيرة لها لف ذاتي ناشئ عن حركة أجزائها الداخلية حول مركزها. اللف الذاتي الكمي quantum spin هو أصعب للفهم بشكل أكبر من هذا ولا يمكن إطلاقًا تصوره.
كل الجسيمات الأولية التي تكوّن المادة كالالكترونات والبروتونات والنيوترونات -ومكوناتها من الكواركات- يقال أن لها لف ذاتي يساوي نصف أعداد صحيحة من ثابت بلانك وتنتمي إلى مجموعة من الجسيمات تسمى الفيرميونات Fermions. الفوتونات تنتمي إلى مجموعة أخرى من الجسيمات تسمى البوزونات Bosons والتي تتميز بأنها لها لف ذاتي يساوي أعداد صحيحة من ثابت بلانك. هناك فروق أساسية بين الفيرميونات والبوزونات.
-----

أما الجزء الثاني المحتوي على طريقة عملية لفهم الـspin ومعنى القيم المختلفة له فإني لم أفهمه، أنتظر من يساعد.

[إيمان]

جنين..

وجدت موضوعًا قديمًا متعلقًا بالموضوع

الإلكترون لا يشابه الأرض للكاتب المفكر

[جنين]

مشكوووورة إيمان  '>

ما رايك لو تتناقشين حول هذه الفكرة * غريبة تستحق النظر..

اقتباس

اتجاه اللف الذاتي أكثر غموضًا، هو عبارة عن تراكب superposition لعدة اتجاهات في نفس الوقت

                        والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته..

[إيمان]

وعليكم السلام جنين..

حينما قرأت المقال بدأت أقتنع بأن الـ spin مجرد افتراض نظري أو رياضي ولم يُفهم له معنى فيزيائي واضح بعد، ولكن حين عاد الكاتب بعد ذلك ليتحدث عن تسارع أو تباطؤ الدوران وعن كون الالكترون يعود لحالته بعد دورتين كاملتين فهنا تذكرت المثل القائل: "كذب الكذبة وصدّقها!!"

عمومًا.. كانت دكتورتنا محقة عندما قالت أن ميكانيكا الكم يُفهم مع الزمن وباستمرار القراءة فيه يتضح غموضه شيئًا فشيئًا.

بالنسبة للعبارة التي اخترتِها فليس لدي أي تعليق عليها سوى أن عالم الكم عالم عجيب يختلف عن أي شيء في عالمنا وهنا تكمن صعوبته.

تخيلي لو أن قانونًا من القوانين الطبيعية في عالمنا فجأة تغير! كما لو تغير اتجاه الجاذبية أو لو اختفت قوى الاحتكاك مثلاً سيصعب علينا حصر كل التغيرات التي قد يحدثها هذا التغير، أو حتى تخيلها أو تفسيرها، هكذا أجد عالم الكم، حيث أن قوانينه مختلفة عن عالمنا لذلك يصعب علينا تخيلها لكن مع كثرة القراءة والدراسة تبدأ عقولنا بالتأقلم وتخيل العيش في ذلك العالم الغامض!

كنت أشعر سابقًا أن قوانين الكم هي تعميم للقوانين الطبيعية بحيث أن القوانين الكلاسيكية هي حالة خاصة منها، لكني تنازلت عن هذا الرأي خاصة بعد أن قرأت عن تجربة قطة شرودنجر!!

ردك ذكرني بمصادر كان مفترضًا أني قرأتها، وجدت فيها ما يتعلق باتجاه الـ spin، لعلي أعود بالخلاصة غدًا إن شاء الله.

شكرًا لك

[إيمان]

قرأت مقال في كتاب يشرح اتجاه الـ spin وسأذكر هنا ما كتبه..

---
الـspin لجسيم يعرّف اتجاهًا في الفراغ إما أعلى أو أسفل، كما أن دوران الأرض يُعرّف اتجاهي الشمال والجنوب.
هناك تجربة افتراضية تسمى بـ EPR paradox (لن أتطرق لتفاصيلها الآن)، لو فرضنا وجود زوج من البروتونات، العزم الزاوي الكلي صفر، لو تخيلنا أن الزوج انفصل إلى بروتونين منفصلين وتحرك كل منهما في اتجاه معاكس للآخر، وبالتالي كل بروتون سيملك عزم زاوي وspin ولكن يجب أن يكون لهما مقدار متساو ومتعاكس من الـspin حتى يبقى المجموع صفر.

لحد الآن الفيزياء الكمية والكلاسيكية متوافقة، حيث أننا لو عرفنا spin أحدهما سنعرف spin الآخر، ولكن كيف يمكننا قياس الspin لجسيم؟

كلاسيكيًا سيكون القياس سهلاً لأننا نتعامل مع جسيمات في عالم ثلاثي الأبعاد، نحتاج لقياس مركبات الـspin في الاتجاهات الثلاثة، ثم نجمع المركبات وفقًا لجمع المتجهات فنحصل على الـspin الكلي.

ولكن في عالم الكم الحالة مختلفًا جدًا:

أولاً: قياس إحدى مركبات الـspin ستغير المركبات الأخرى، كما أن مركبات الـspin لايمكن قياسها في نفس الوقت كما الموضع والعزم حيث لا يمكن قياسهما معًا.

ثانيًا: الـspin لجسيم مكمم quantized، فإذا قسنا الـspin في أي اتجاه فسنحصل إما على أعلى أو أسفل، يمكننا أن نقول +1 أو -1 "لكل قيمة احتمال 50%".
نفرض أننا قسنا الـspin في اتجاه معين وليكن في اتجاه المحور z وحصلنا مثلاً على +1، بعد ذلك قسناه في اتجاه آخر وليكن في اتجاه المحور y، أيًا كان ما حصلنا عليه؛ لو عدنا وقسنا الـspin في الاتجاه الأول z وكررنا القياس فسنجد أننا نصف المرات نحصل على +1 أيًا كان ما حصلنا عليه قبل أن نقيس في اتجاه y، القياس الثاني أعاد الشك uncertainty للقياس الأول.
---

في المقطع التالي:

اقتباس

كلاسيكيًا سيكون القياس سهلاً لأننا نتعامل مع جسيمات في عالم ثلاثي الأبعاد، نحتاج لقياس مركبات الـspin في الاتجاهات الثلاثة، ثم نجمع المركبات وفقًا لجمع المتجهات فنحصل على الـspin الكلي.

أرجو إن فهمتيه أن توضحي لي، لم أفهم ما معنى مركبات الـspin؟؟؟؟ أليس اتجاه الـspin هو محور الدوران (ربما أكون مخطئة لكن هذا ما كنت أتخيله دائمًا)؟ فكيف يكون له مركبات في الاتجاهات الثلاثة؟؟

شكرًا لك

[جنين]

ياااااااامرحباً ألف بإيمان..

إيمان ماعليك أمر , وش رايك تذكرين قصة قطة شرودنجر, لعلنا نثير حماس الداخل للموضوع والمتقاعس عن المشاركة   '>  '> ..


بالنسبة للإقتباس الذي إخترتيه>>> قبل أن أقول شيءً , فكما تعلمين ما سأطرحه هو تفكير شخصي لا دخل للعلماء فيه..

هم لم يقولوا أن مركبات(الـspin ) ثلاثة  , بل قد شبه لك ذلك لكي تتخيلي الفرق... لأنهم لا يستطيعون تحديد مهيته فكيف بهم يحددون مكوناته( مركباته),,,, كذلك أخيتي ألا تذكرين زوايا أولر* والتي كنا نحتاج فيها لستت إحداثيات لتحديد موقع الجسم* هذا على فرض أنه يتحرك بشكل دائري ( وهو كما نعلم خطأ).....


أما بالنسبة لإقتباسي أنا الذي أوردته في ردي الثاني>>> سوف أذكر لك تخيلاتي الحالية وأنتظر سماع تعليقك..
(اتجاه اللف الذاتي أكثر غموضًا، هو عبارة عن تراكب superposition لعدة اتجاهات في نفس الوقت)
 
لو نحاول التخيل قليلاً..
فنقول أن السبب في جهلهم مهية الإسبين هو أنه غير ثابت بل يتغير بمعدلات صغيرة جداً و بصورة مستمرة على حسب المؤثرات المحيطة المتغيرة...... فلو رجعنا إلى أساس تكونه ::

لنقول أولاً أن لكل جسيم موجة مصاحبة له , والموجة كما نعلم تستمر في الإنتشار إلا أن يحدث لها إمتصاص أو مؤثرات تقلل من قيمتها( تمام) ... الآن لنفرض أننا حولنا درست إلكترون ( وعلى فرض أنه كان في حالته الجسيميه) , فنحن نعلم أنه أثبتت له كلا الخاصيتين * الجسيمية والموجية*  وتفكيري الشخصي هو أن حالته الحقيقية هي بينهما وتسلك الموجية أو الجسيمية حسب المؤثرات الخارجية ( كما في حالة تحول السائل إلى جامد أو غاز حسب درجة الحرارة) ولكن أثناء دراستنا له شاهدنا ملاحظة غريبة إلا إن هناك عامل مؤثر حوله وهو مايسمى ( spin ) إلا يمكن أن نعتقد أنه نتج عن تأثير الموجات المصاحبة للجسيمات الأخرى التي  تمر بمنطقة القياس , وتراكبها في مختلف الإتجاهات أدى إلى تكون مانسميه بالإسبين..

                                     وشكـــــــــــــــراً لك ..
                                                             والسلام عليكم..

[212فيز]

السلام عليكم " صبايــــــــا "  '>

قطة شرودنجر

[إيمان]

أهلاً جنين..

اقتباس

كلاسيكيًا سيكون القياس سهلاً لأننا نتعامل مع جسيمات في عالم ثلاثي الأبعاد، نحتاج لقياس مركبات الـspin في الاتجاهات الثلاثة، ثم نجمع المركبات وفقًا لجمع المتجهات فنحصل على الـspin الكلي.

لم أفهم معنى مركبات الـspin في الحالة الكلاسيكية، قبل الدخول في الحالة الكمية.

لم تخطر بذهني زوايا أويلر، ولكنها حسب ما أذكر 3 زوايا تمثل 3 درجات حرية تصف الجسم.

ما فهمته أنه لو كان الجسم يدور ومحور دورانه له اتجاه معين (أي أنه متجه)، يمكننا تحليل هذا المتجه إلى 3 مركبات في اتجاه المحاور التي نرجع لها، وهذه ما يعنون بها مركبات الـspin.
ولكن لو كان هذا صحيحًا، وبالأخذ بالاعتبار أن كل مركبة إما أن تكون +1 أو -1، فلن يمكننا تحديد المتجه بالضبط، وإنما سنتمكن من تحديد الثمن الذي يقع فيه (أقصد مكانه بالنسبة للمحاور الثلاثة)، فلو كانت مثلاً كل المركبات الثلاثة لها قيمة +1 فسنعرف أنه يقع في مكان ما من الفراغ المحصور بين الاتجاه الموجب لكل المحاور، ولو أخذ مركبتين موجب وواحدة سالب فسنعرف أنه في مكان ما في الفراغ المحصور بين الجزء الموجب للمحورين والجزء السالب للمحور الثالث، وهكذا. لكننا لن نستطيع تحديد مكانه بالضبط.

بالنسبة لتعليقك الثاني، هل يعني أنه لو كان لدينا جسيم مشحون فلن يملك spin؟؟

شكرًا لك جنين

212 فيز.. حياك الله، وجزاك الله خيرًا على الرابط

[جنين]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته,,

أهلاً فيز 212 >>>> لو كانت هذي قطة شرودنجر كان ماضحى فيها  '>

  مشكــــورة على الرابط..
 
-----------------
 مساء الفل إيمــــــــان....

اقتباس

لم تخطر بذهني زوايا أويلر، ولكنها حسب ما أذكر 3 زوايا تمثل 3 درجات حرية تصف الجسم.

 
الجسم الصلب يحتاج لتسع إحداثيات معممه ولكن بسبب إرتباطه بثلاث معادلات ,, فإن درجات الحرية تصبح سته ( الإحداثيات المستقلة التي يجب علي معرفتها لتحديد موقع الجسم) وقد تكون عبارة عن مركبات x وy لثلاث نقاط على الجسم الصلب >> بحيث يكون المجموع سته ,, أو قد تكون عبارة عن ثلاث إحداثيات وثلاث زوايا لتحديد توجه الجسم الصلب>> وتكون ستة أيضاً..

تصدقين ,, مازلت أعتقد أن ميكانيكا إثنين من أصعب المواد التي واجهتها , بل أعتقد أن البارع فيها يستحق أن ينبهر به,, فحتى الدكتورات يعترفن بعدم قدرتهن على مجارات هذا العلم  , وأن المسألة فيه قد تجلس فيه شهر  لتحلها >>> فهو أدق وأعقد علم واجهته حيث أنه يجمع كـــــــــــــــل شيء بمعنى الكلمة , ويهتم بالمحيط الميكروسكوبي قبل الماكروسكوبي..

------

بالنسبة لتعليقات اللتي أردفتيها بعد ذلك , هل تريدين أن نكمل أم نحاول أن نوسع معلوماتنا قبل أن نخوض في الأمر؟؟؟ حيث أن كل ماسوف أذكره  لا أساس علمي له بتالي سوف يكون تضييع لوقتك أكثر من الفائدة ... إلا إذا شمل البحث عن الإجابات الصحيحة ,أو القريبة من الصحة.

                                                            والسلام عليكم..

[إيمان]

اقتباس

نحاول أن نوسع معلوماتنا قبل أن نخوض في الأمر

سيكون أفضل.

ربما في آخر هذا الفصل إن شاء الله.

جزاك الله خيرًا جنين

[212فيز]