В предыдущих статьях:
раскрывающих суть заряда в философии процесса, было акцентировано внимание на топологической особенности формируемых первичных форм энергии, которое выражается в образовании ими петлевых пространственных и временных структур. Непосредственно рассмотрение такого понятия, как петля, пожалуй нуждается в написании отдельной статьи. Здесь же мы обратимся к другому понятию, известному как спин, но которое оказывается напрямую связанным с петлевой структурой форм энергии.
Традиционно вначале обратимся к определению понятия спин в его текущей трактовке из большой российской энциклопедии:
Спин (от англ. spin – вращаться), собственный момент количества движения (момент импульса) элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. Спином называют также собственный момент количества движения атомного ядра или атома; в этом случае спин определяется как векторная сумма спинов элементарных частиц, образующих систему, и орбитальных моментов этих частиц, обусловленных их движением внутри системы.
Показательным в данном случае является наличие у любой частицы двух видов углового момента: орбитального углового момента и момента импульса. Однако в отличие от орбитального углового момента, который как раз связан с движением частицы в пространстве, спин (или момент импульса) не связывают с каким бы то ни было движением. Он - исключительно квантовая характеристика фундаментальной частицы, которая не может быть объяснена в рамках релятивистской механики. Именно в силу того, что спин есть только квантовая величина, описываемая векторным оператором, он может принимать не только целые, но и полуцелые значения.
Однако в философии процесса современные фундаментальные частицы таковыми не являются. Они сами тоже есть некие сложные формы материи, которые состоят из более простых форм. Соответственно, классическое понятие о спине, как о квантовой характеристике, справедливо лишь при условии, что оно применяется к некой истинно фундаментальной частице. Если же речь идёт о такой частице, которая может быть представлена состоящей из нескольких других частиц, то и спин её следует представлять в виде векторной суммы тех моментов, которыми обладают эти самые более простые частицы.
Таким образом нам необходимо рассматривать ту первичную форму энергии, которая определена как элементарный потенциал и о которой уже шла речь при рассмотрении понятия заряд. Однако теперь уже не может идти речь о некой квантовой характеристике. Ключевым моментом в этом случае является наличие у первичной форме энергии петли размерности. Подобная топология как пространственной, так и временной размерности формирует вращательное движение квантов чистой энергии, которые есть самые начальные проявления энергии и в абстрактном понимании они и есть точки размерности. Поэтому к ним уже применимы те рассуждения, которые приводятся при рассмотрении классического момента импульса для точки, совершающей вращательное движение. Это означает, что квант чистой энергии, совершая движение в петле элементарного потенциала, будет определять момент импульса 𝐿⃗, который и есть спин.
Естественно, что в данном случае будет не совсем правильно представлять момент импульса привычной формулой:
так как рассматривается не вращательное движение некой материальной точки, а речь идёт о кванте чистой энергии, который не имеет понятия масса и движется с абсолютной скоростью. Поэтому более логичным будет воспользоваться понятием импульс, который может быть представлен формулой де Бройля, устанавливающей зависимость длины волны λ, связанной с движущейся частицей, от импульса p этой частицы в виде релятивистски инвариантного соотношения:
что хоть как-то может быть увязано с квантом чистой энергии, который вполне корректно ассоциировать с неким колебательным процессом и, следовательно, ему вполне можно ставить в соответствие такие понятия, как частота и длина волны. Это и позволяет условно видеть связь между частотой и импульсом и придавать кванту чистой энергии некую величину, определяемую как импульс.
Итак, спин в философии процесса есть вполне согласующийся с его обычным определением момент импульса, присущий первичной форме энергии. На роль такой формы из всех известных ныне элементарных частиц может претендовать только фотон. Тем, кому будет интересно, каким образом было сделано данное обоснование, сможет найти его в моей книге "Элементарная философия". В рамках же небольшой статьи приходиться ограничится только лишь простой констатацией этого.
Сопоставляя первичную форму энергии с фотоном, мы тем самым определяем и значение спина этой формы, то есть по факту он оказывается целочисленным и равным ±1. Знак в данном случае означает, что существует две проекции спина на направление движения. Наличие двух проекций обосновывается тем, что топология петли вполне позволяет, в зависимости от её расположения над прямой либо под ней, иметь два вектора момента импульса. Остаётся найти некое обоснование тому, что спин имеет целочисленное значение, равное единице.
Наиболее приемлемым можно считать обоснование, которое связано с таким понятием, как спинорная группа. Если спин мы приравниваем единице, то его следует отнести к спинорной группе у которой S = 1. Это означает, что система, описываемая такой группой, приходит в своё первоначальное состояние, когда делает оборот на 360°. В этом смысле петля, которая характеризует первичную форму энергии, как раз вписывается в такую спинорную группу. Если бы петля образовывала идеальную восьмерку, то достаточно было бы оборота на 180°, чтобы вернуть систему в первоначальное состояние. В этом случае подобная петля уже описывалась бы спинорной группой с S = 2. Однако принимая по факту спин равный единице, нам следует принять и топологию петли первичной формы энергии в виде некой омеги (Ω), а не восьмёрки.
Далее, определившись со спином у простейшей формы энергии, нам остаётся разобраться с вопросом продвижения этого понятия на более сложные формы. В первую очередь необходимо определиться с тем, каким образом петлевая структура может формировать спинорную группу с S= ½. По сути здесь речь идёт о том, чтобы в рамках математической идеи о классе алгебраических групп топология петли посредством вращения обеспечивала её возвращение в исходное состояние при повороте на 720°, что и соответствует полуцелому спину. Однако прямого перехода от рассмотренного спина простейшей формы энергии к спину более сложных форм здесь нет. То есть представлять его в виде векторной суммы моментов импульса, по сути дела фотона, ещё нельзя.
Дело в том, что фотон в Процессной модели есть двухмерная форма энергии. Первичной трёхмерной формой энергии является партон, который есть не что иное, как его аналог с более высоким рангом размерности. Фактически имеет место формирования двумя первичными двухмерными формами энергии новой трёхмерной формы, которая объединяет их петли и образует новую с такой топологией, которая может описываться уже спинорной группы, у которой S= ½. Видение возможного варианта такой петли дано на рисунке. Таким образом спин партона оказывается полуцелым.
Именно первичной трёхмерной форме энергии в Процессной модели даётся наименование - форма материи. И именно с неё появляется возможность в образовании особых, сложных форм материи - конгломератов. Для последних вполне актуальным будет векторная сумма моментов импульса, то есть для всех последующих образующихся элементарных частиц, которые являются именно сложными формами материи, справедливо правило определения их спина, принятого в современной физике.
Полуцелый спин придаёт формам материи такие специфичные свойства, которые позволяют выделить семейство частиц, подчиняющихся принципу исключения Паули, что делает невозможным одновременное нахождение в одной точке пространства с одинаковой скоростью и направлением вращения подобных форм материи. В классическом понимании речь идёт об одинаковых квантовых числах для двух фермионов. Именно факт подчинения всех фермионов правилам статистики Ферми-Дирака приводит к таким последствиям, когда материя занимает пространство. Невозможность нахождения фермионов в одном и том же квантовом состоянии, проявляющееся на практике в невозможности электронами занимать одинаковые энергетические состояния в атоме, способствует возникновению противодействия сближению фермионов. Они вынужденно распределяются по всему пространству и создают иные сложные формы материи, которые сами по себе тоже разнообразны в силу подчинения этой статистике.
Сам факт подчинения определённой группы форм материи правилам статистики Ферми-Дирака и невозможности, в силу этого, нахождения фермионов в одном и том же квантовом состоянии, оказывается проявлением своеобразного отталкивания их друг от друга. Но это означает не что иное, как наличие специфического свойства у спина, которое неким образом может способствовать по сути изменению вектора притяжения между двумя частицами. Формально можно говорить о проявлении у фермионов отрицательной массы именно в том случае, когда несколько таких частиц в некой точке пространства оказываются с одинаковым набором квантовых состояний. В частности, речь идёт именно об одинаковом спине, что в итоге приводит к переходу одной из них в другую полуплоскость. В действительности это может означать лишь одно – масса частицы становится отрицательной и поэтому она неизбежно будет отторгнута с этой области пространства. Но при отталкивании и перемещении её в иную точку пространства, она снова оказывается в своей первоначальной полуплоскости и, следовательно, масса вновь оказывается положительной.
Естественно, что это лишь абстрактное рассуждение, которое демонстрирует возможный механизм, не позволяющий оказываться в одном и том же месте частицам, подчиняющимися статистике Ферми-Дирака. Происходит ли нечто подобное на самом деле или же существует иной способ "доведения" до фермионов такого запрета – это отдельная тема для рассмотрения.
Однако в противовес статистике Ферми-Дирака существует статистика Бозе-Эйнштейна, что вполне соответствует философскому принципу дуализма, существующего в окружающем нас мире. В классическом понимании частицы, подчиняющиеся правилам статистики Бозе-Эйнштейна, относятся к частицам переносчикам взаимодействия и имеют целое значение спина. Главная особенность бозонов – это их способность занимать одно и то же квантовое состояние. Тем самым они легко заполняют то пространство, каркасом которого оказываются фермионы. Поэтому элементарные бозоны в квантовой теории поля и играют роль переносчиков взаимодействия, своеобразным клеем, связывающим между собой фермионы. Правда относится это к элементарным бозонам.
Составные бозоны оказываются состоящими не только из произвольного числа бозонов, но и чётного числа фермионов. Последнее не позволяет считать такие бозоны квантами поля. Этот факт в конечном итоге приводит к единству двух противоположностей. Такие сложные формы материи, как атомные ядра тоже имеют спин, который может уже быть либо полуцелым, либо целым. Поэтому ядра могут относиться как к фермионам, так и к бозонам.
Всё сказанное есть хорошо известные сведения о проявлении спина в рамках рассмотрения окружающей нас материи в её разнообразном проявлении. Они нужны лишь для более глубокого осознания роли и места этой, казалось бы, простой квантовой характеристики.