ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ В АТОМНОЙ ФИЗИКЕ

§ 37. Что скрывается за понятием спин электрона? Характер движения электрона в кулоновском поле атомного ядра

   Для прояснения ситуации со спином электрона обратимся к более детальной картине движения электрона под воздействием флуктуаций поля вакуума и кулоновского поля атомного ядра (рис.38.1). Это движение состоит из двух независимых между собой частей:

     а) своеобразного квазиброуновского движения ("дрожания" электрона) под воздействием случайных волн вакуума ("нулевых" колебаний Физического вакуума-эфира);

     б) движения центра тяжести электрона, а точнее электронного облака по инерции по эллиптической орбите вокруг ядра с некоторым постоянным средним орбитальным моментом    L.

Рис.38.1. Движение электронного облака со средней скоростью дрейфа v с учетом квазиброуновского движения под действием случайных волн вакуума в атоме водорода при наличии среднего орбитального момента  L, не равного нулю.

  Квазиброуновское движение электрона в вакууме рассматривают еще как "дрожание" электрона под воздействием флуктуаций поля вакуума, в результате чего формируется размытое электронное облако с некоторой функцией распределения электронной плотности. Траектория электрона при этом, взамен простой, становится “размазанной”. Это движение действительно напоминает случайные колебания волчка с поворотами относительно орбиты электрона.

   Размытость траектории электрона в атоме, как многим хорошо знакомо из радиоспектроскопии, дает дополнительно Лэмбовский сдвиг определенных уровней энергии в водородоподобных атомах. Но это дополнительное квазиброуновское движение электрона дает и некоторую добавку механического момента  S к орбитальному моменту  L.

   В атомной спектроскопии добавку механического момента  S исторически назвали спином электрона по аналогии с волчком или веретеном, хотя никакого внутреннего вращения в электроне, конечно, в эксперименте обнаружить нельзя, поскольку вся электродинамика Максвелла-Лоренца построена с учетом только поступательного перемещения электрона в полях, и проверена эта теория многократно и с большой точностью.

   Разница в этих двух рассмотренных движениях электрона заключается в следующем. При орбитальном перемещении центра тяжести электронного облака орбитальный механический момент  L электрона может принимать сколь угодно большие значения в соответствии с параметрами орбиты, т.е. квантовыми числами n и l траектории. Для квазиброуновского же движения электрона под воздействием постоянных флуктуаций поля вакуума среднеквадратичный механический момент  S имеет всегда одно и то же ненулевое среднее значение и определяется в соответствии с теоремой Лиувилля минимально возможным фазовым объемом для электрона.

   Вполне естественно, что при отсутствии внешнего направленного поля, т.е. для свободного электрона, этот добавочный механический момент  S  не имеет определенной ориентации и колеблется случайным образом во всех направлениях. При этом его проекция на какое-либо выделенное направление в среднем равна нулю. Если орбитальный момент электрона в атоме в среднем равен нулю, то остается лишь неустранимое квазиброуновское движение электрона вокруг ядра под воздействием флуктуаций поля вакуума (рис.38.2). Дальше электрон в электрическом поле ядра уже падать не может.

Рис.38.2 Движение электрона в атоме водорода с учетом его квазиброуновского движения под действием случайных волн электромагнитного вакуума при нулевом среднем орбитальном моменте.

   Однако при помещении электрона в магнитное поле проекция спина   S может приобрести некоторое конечное ненулевое значение. Согласно статистической теории Дирака, где учтена зависимость массы электрона от его скорости в физическом вакууме-эфире, проекция спинового момента   S   электрона на выделенную ось симметрии в магнитном поле может принимать лишь два значения:   ± ћ/2.

   Итак, в соответствии с теорией Дирака полный механический момент   I электрона в атоме складывается из орбитального момента  L  и некоторой добавки к моменту  S, о которой мы упомянули выше, т.е.

                I  =  L + S.                             (38.1)

    В работе [22] в рамках теории Дирака рассмотрено взаимодействие электрона с нулевыми колебаниями электромагнитного вакуума. В следующем параграфе будут приведены основные результаты этих расчетов.