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電子のスピン=電子の自転ではにゃい。という説。


電子のスピン=電子の自転ではにゃい。という説。


電子のスピンは電子の自転に起因するものではないことについて 2009-05-05
http://blog.goo.ne.jp/lemon-stoism/e/889b3fc5108842b7a98e62f0d411ba5f

電子のスピンを説明するときに、「スピンは電子の自転によって生じる。」と説明することがある。これは素人向けにイメージをわかりやすく伝えるための説明であって、正しくない。確かにスピンは電子の自転に対応した部分があるが、現在電子は自転していると考えられていないし、少なくともスピンは電子の自転に起因するものではない。

スピンの発見当初はスピンが生じる原因について自転説があった。自転説を唱えた物理学者は「原子の構造は太陽系の構造と非常によく似ている。太陽の周りを公転する惑星が自転しているように、原子核の周りをまわる電子もまた自転している。」と一種のアナロジーでスピンを説明しようとした。

しかし、パウリの排他原理で有名なパウリが自転説ではスピンを説明できないことを示した。スピン角運動量は(プランク定数/4π)だが、電子の半径は少なくとも1[fm]よりずっと小さいから、自転によって(プランク定数/4π)が生じているとすれば、電子の回転速度は光速を超えてしまい不合理である。ゆえに、スピンを電子の自転によるとは解釈できないのである。

角運動量が一定なら回転半径が小さいほど回転速度が大きいのは想像がつくだろか。フィギュアスケートの選手が回転しているときに、腕を伸ばした状態から縮めて回転半径を小さくすると角運動量保存のため回転速度が上昇する。

電子の場合も同じである。スピン角運動量(プランク定数/4π)は一定なのだから、回転半径が小さいほど回転速度は速くなる。電子の場合は素粒子なので 1[fm]よりもずっと小さくほとんど点と考えてもよい大きさであるため、スピンが自転に起因するなら、その回転速度はものすごい速度となるだろう。

パウリはこのように指摘してスピンの自転説をつぶしたのである。パウリは非常に頭のよい人物で、その指摘は非常に鋭く物理学者を怖がらせたという。スピンの自転説を唱えた物理学者もその一人だろうが、パウリによってつぶされた物理学者はたくさんいるだろう。

スピンの自転説が失敗したことで注目すべきなのは、科学とは根拠のないアナロジーは危険だということだ。自転説を唱えた物理学者はよく考察することなく、太陽系の構造と原子の構造の類似性から「電子は自転しているに違いない」と思い込んでしまったが、太陽系と原子は全く違うものであるから、太陽系で成り立つことが原子でも成り立つとは限らない。むしろ、両者は別物で全く独立したものだから、同じことが当然には当てはまらないと考えるのが普通である。

以上のように、現在ではスピンは電子の自転に起因するという考えが完全に否定されている。また、電子が自転しているという根拠も乏しい、又は全くないため電子は自転していないと考えられている。



だってさ。

「電子が自転している」 とは言えないらしい。


原子以下のサイズになると、直接目で見て観測できないのが痛いな。

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