В этой статье рассматривается альтернативная модель происхождения спина элементарных частиц, в частности электрона. Мы предлагаем отказаться от интерпретации спина как внутреннего, неизменного квантового числа и рассмотреть его как динамическое, наведённое свойство, возникающее при взаимодействии частицы-вихря с внешним магнитным полем. Эта модель, вдохновлённая принципами эфиродинамики и гидродинамическими аналогиями, предлагает интуитивно понятную картину без прямого противоречия с ключевыми экспериментами.
Ключевая аналогия: от гидродинамической трубы к квантовому миру
Представьте классический гидродинамический эксперимент (подобный этому): в трубе, где один участок жидкости вращается, а соседний покоится, на границе раздела спонтанно рождается вторичный вихрь, ось которого направлена вдоль течения. Этот вихрь не был изначальным свойством жидкости - он наведён динамикой потоков.
Что, если спин электрона - такой же "наведённый вихрь"? Наша гипотеза заключается в следующем: частица (например, электрон) моделируется как устойчивый тороидальный вихрь некой фундаментальной субстанции. При вхождении в неоднородное магнитное поле этот тор начинает "обтекаться" внешним силовым потоком. Взаимодействие, подобное эффекту Магнуса (возникновение силы при обтекании вращающегося тела), заставляет вихревую структуру развернуться и "защёлкнуться" в одно из двух устойчивых состояний относительно поля: циркуляция либо по часовой стрелке, либо против.
Таким образом, спин - это не то, что частица "имеет", а то, что с ней "происходит" в конкретном измерительном контексте. Значение проекции (+1/2 или -1/2) возникает в момент измерения, подобно тому как подброшенная монета устанавливается орлом или решкой в зависимости от своей формы и внешних условий.
Как модель объясняет эксперимент Штерна-Герлаха
Рассмотрим классический опыт с последовательными измерениями, который в копенгагенской интерпретации объясняется "коллапсом волновой функции".
- Первый прибор (ось Z): Электрон-тор, не имеющий выделенной ориентации, входит в магнитное поле. Динамика обтекания создаёт наведённую циркуляцию, и частица выходит с вихрем, сориентированным строго вдоль или строго против поля. Мы фиксируем Sz+ или Sz-. Квантование возникает естественно из механики взаимодействия тора с асимметричным полем.
- Второй прибор (снова ось Z): Если поле второго прибора сонаправлено с первым, уже существующий вихрь просто продолжает движение вдоль "своей" силовой линии, и результат полностью повторяется. Сохраняется классическая определённость.
- Второй прибор (ось X, перпендикулярная Z): Здесь - ключевой момент. Частица несёт вихрь, ориентированный по Z, но входит в поле, направленное по X. Старый вихрь перпендикулярен новому "потоку". В этой конфигурации нет приоритетного направления для защелкивания - процесс наведения вторичного вихря относительно новой оси становится фундаментально случайным. Старая ориентация стирается, и мы получаем результат Sx+ или Sx- с вероятностью 50/50. Так объясняется "потеря информации" при измерении в перпендикулярных базисах.
- Вероятность для произвольного угла: Можно предположить, что степень "сохранения" старого вихря или его переориентация плавно зависит от угла между осями приборов. Для количественного описания угловой зависимости cos²(θ/2) требуется развитие математического аппарата модели, что является задачей для будущих исследований.
Хочу отдельно отметить, что все альтернативные гипотезы, которые хоть как-то рассматривали опыты Штерна-Герлаха, либо вообще не смотрели на каскад перпендикулярных установок, либо предлагали постулаты ещё более экстравагантные, чем в квантовой механике. А в предложенной модели постулатов нет вовсе. Есть понятная гипотеза о структуре частиц и полей, которая полностью соответствует тому, что предлагалось ранее. Т.е. это простое эволюционное развитие теории, порождённое учётом новых опытов.
Отвечая на возможную критику
"Это противоречит релятивизму и квантовой механике!"
Да, но сознательно. Модель строится на иной аксиоматике: мы не постулируем корпускулярно-волновой дуализм, нелокальность или предельный характер скорости света для внутренних процессов вихря. Она внутренне непротиворечива в своих рамках.
"Модель нарушает неравенства Белла!"
Нет, и вот почему. Теорема Белла проверяет нелокальность квантовых корреляций. Наша модель - по определению локальна: "спин" (наведённый вихрь) создаётся здесь и сейчас локальным взаимодействием частицы-вихря с прибором. В ней нет никаких "скрытых параметров" в белловском смысле - параметром является сама геометрия взаимодействия, которая существует только в момент измерения. Поэтому неравенства Белла к ней просто неприменимы.
"А как же статистика Ферми-Дирака и принцип запрета Паули?"
Здесь важно разделять наблюдения и их теоретические интерпретации. Связь между результатом опыта Штерна-Герлаха (два возможных состояния) и тем, что два электрона не могут находиться в одном квантовом состоянии, устанавливается через сложный аппарат квантовой теории поля. Прямой причинно-следственной экспериментальной связи между ними нет. Не исключено, что статистика фермионов также может получить гидродинамическое объяснение через невозможность устойчивого слияния или определённого взаимного расположения тороидальных вихрей. Этот вопрос - плодотворное поле для будущих изысканий.
Эвристическая ценность и перспективы
Главная сила этой модели - не в том, чтобы немедленно заменить стандартную квантовую механику, а в её эвристической и педагогической мощи.
- Интуитивная понятность: Она даёт наглядный, образный язык для разговора о явлениях, которые в учебниках скрыты за сложной математикой. Это может привлечь в физику новые умы, мыслящие геометрически и механически.
- Стимул для новых экспериментов: Модель задаёт конкретные вопросы: как точно зависит вероятность от угла между полем и "остаточным" вихрем? Можно ли, меняя геометрию магнитного поля, получить иные, "неквантовые" исходы? Она предлагает взглянуть на старые опыты под новым углом.
- Мост между дисциплинами: Она пытается построить мост между континуальной гидродинамикой и дискретным квантовым миром, что само по себе - амбициозная и достойная исследовательская программа.
Заключение
Предложенная вихревая модель спина как внешнего, наведённого свойства - это не "опровержение" квантовой механики, а смелая переинтерпретация одного из её ключевых элементов на основе классических по духу, но нелинейных по сути принципов. Она внутренне непротиворечива, не опровергается явно известными экспериментами и открывает дверь в увлекательное поле междисциплинарных изысканий.
Мы надеемся, что эта идея станет предметом конструктивного и непредвзятого обсуждения в научном сообществе, интересующемся фундаментальными альтернативами. Ведь даже если эта конкретная гипотеза не верна в деталях, сам поиск новых образов и языков для описания реальности - это именно то, что двигает науку вперёд.