Εισαγωγή στην Κβαντομηχανική για το ευρύ κοινό

Στο σεμινάριο 8 στη διαφάνεια 13 θέλει διορθώσεις … μερικές σημειώνονται με έντονη γραφή ενδιάμεσα παρακάτω:

Το άτομο αποτελείται από τον πυρήνα και τα ηλεκτρόνια. Ο πυρήνας και το ηλεκτρόνιο έχουν στροφορμή και Spin  Παράγουν μαγνητικό πεδίο … κατά την κλασσική ηλεκτροδυναμική πηγή της μαγνητικής επαγωγής είναι τα κινούμενα φορτία (ή αλλιώς τα ηλεκτρικά ρεύματα) ή τυχόν χρονομεταβαλλόμενα ηλεκτρικά πεδίο (γενικευμένος νόμος των Ampere-Maxwell) – σε πολλά βιβλία χρησιμοποιείται το ημικλασσικό μοντέλο του Bohr κατά το οποίο το ηλεκτρόνιο διαγράφει κάποια κλειστή τροχιά περί τον πυρήνα και αυτή η κίνηση φορτίου (φορτίου μόνο όμως όχι το σπιν) εις κλειστό βρόχο ισοδυναμεί με ένα μικροσκοπικό ρεύμα … κβαντομηχανικά όμως το θέμα είναι πιο περίπλοκο. 

Όταν τα μαγνητικά πεδία σε ένα υλικό ευθυγραμμιστούν (λόγω εξωτερικού μαγνητικού πεδίου π.χ), το υλικό παράγει δικό του μαγνητικό πεδίο!  Σε αυτό το σημείο έχει σημασία να οριστεί για τι υλικά μιλάει κανείς, π.χ. μαγνητικούς μονωτές ή μέταλλα, και περαιτέρω η ύπαρξη μαγνητικής φάσης στην μία ή την άλλη περίπτωση είναι μεταξύ άλλων συνάρτηση της θερμοκρασίας. Αν όπως λες χρειάζεται να εφαρμοστεί μαγνητικό πεδίο για να προκύψει καθαρή μαγνήτιση ανά μονάδα όγκου τότε το υλικό σου είναι σε κάποια παραμαγνητική φάση (φάση μεγαλύτερης συμμετρίας) – όταν το υλικό (από μόνο του) είναι σε μαγνητική φάση η τελευταία μπορεί να υπάρξει αυθόρμητα λόγω σπασίματος κατάλληλης συμμετρίας και δεν απαιτείται εξωτερικό μαγνητικό πεδίο … η ανάλογη κατάσταση σε αγώγιμα υλικά που παρουσιάζουν μαγνητισμό είναι πολύ πιο περίπλοκη και όχι καλά κατανοητή ακόμη και σήμερα.

Όμως… το μαγνητικό πεδίο του πυρήνα είναι ~1000 φορές μικρότερο από αυτό του ηλεκτρονίου.. Και τα μαγνητικά πεδία που οφείλονται στην περιφορά των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα, αλληλοεξουδετερώνονται.. Αποτέλεσμα  Το μαγνητικό πεδίο οφείλεται κυρίως στο Spin των ηλεκτρονίων!!!! … ο μαγνητισμός του ατόμου είναι απόρια των αλληλεπιδράσεων ηλεκτρονίου-ηλεκτρονίου και της απαγορευτικής αρχής του Pauli. 

Η αναφορά στα μαγνητικά υλικά στο πλαίσιο της κλασσικής ηλεκτροδυναμικής είναι ας πούμε παιδαγωγικά αποδεκτή όμως ο μαγνητισμός είναι ένα εξαιρετικά περίπλοκο και ανοικτό μέχρι και σήμερα καθαρά κβαντομηχανικό ζήτημα.

τελικά είναι απόρροια … 

Γεια χαρά και πάλι,

πολύ ωραία η πρωτοβουλία μύησης του ευρύτερου κοινού στη σύγχρονη φυσική και καταφανώς αξίζει να διαιωνιστεί … απλά ο τρόπος που παρουσιάζεται η σύγχρονη φυσική σε προπτυχιακά βιβλία γενικής φυσικής κυρίως δεν είναι πάντοτε επιτυχημένος (εννοώ σε πολλά από τα θέματα που παρουσιάζονται) και πρέπει κάποια στιγμή η παρουσίαση τέτοιων θεμάτων να αρχίσει να ακολουθεί όσο καλύτερα γίνεται την πραγματική υπόσταση των φαινομένων. Βέβαια η 'απότομη' εισαγωγή groundbreaking εννοιών σε παρουσιάσεις ευρύτερου κοινού είναι πολύ ριψοκίνδυνο εγχείρημα … οπότε καλό είναι να παρουσιάζονται σε πρώτη φάση ως ένα είδος 'ιστορίας της εξέλιξης των ιδεών στη φυσική' (όπως συμβαίνει και σε διάφορα ντοκιμαντέρ). Π.χ. αν θυμάμαι καλά το πείραμα Stern-Gerlach αναδείχθηκε κομβικό για τη σύγχρονη φυσική λόγω μιας πραγματικά περίεργης κίνησης που έκαναν οι πειραματιστές … οι οποίοι δεν έπαιρναν πειραματικά αποτελέσματα κι από την αγωνία τους το έριξαν στο κάπνισμα (δεν θυμάμαι αρκετές λεπτομέρειες αλλά αυτή η κίνηση εν τέλη βοήθησε στο περίφημο αποτέλεσμα του πειράματος). 

Αν αναφέρεσαι στον ατομικό παραμαγνητισμό όπως λες (παρότι είναι κι αυτό κβαντομηχανικό φαινόμενο όπου μπορεί κανείς να συνδυάσει λίγο στατιστική μηχανική με τη κβαντική θεωρία της στροφορμής, πράγμα που έκανε ο Langevin πριν πολλά χρόνια) τότε οκ … και αυτή η εικόνα του ατομικού παραμαγνητισμού μπορεί να επεκταθεί και σε μαγνητικούς μονωτές όμως όχι σε μέταλλα που είναι σε παραμαγνητική φάση.