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THEMA: Was ist ein Spin in der Physik ?

Was ist ein Spin in der Physik ? 04 Mär 2016 22:42 #3500

Wie kann man sich das ganze vorstellen, bei Quarks zum Beispiel, wenn man dort von einen Up/Down Quarks redet ? Ist mit Spin einfach nur Rotation gemeint ?

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Was ist ein Spin in der Physik ? 04 Mär 2016 23:04 #3502

Das Problem, daß ich mit dem Spin habe:

Man kann nicht genau erklären, was es eigentlich ist. Aber man kann es messen und damit experimentieren ...
Wie kann etwas rotieren oder einen Spin haben, wenn es wie das Elektron gar keine räumliche Ausdehung besitzt.
Gibts den Spin wirklich, oder ist es eventuell nur eine mathematische Spielerei ?
Kann sich jeder ein paar neue lustige quantenmechanische Eigenschaften ausdenken und diese dann durch Messungen und Experimente untermauern ?

Was ist eine Farbladung ?
Wie kann ein Quark eine elektrische Ladung von 1/3 haben ?
Also ist eigentlich das d-Quark der Träger der elektrischen Elementarladung und nicht das Elektron ?
Oder ist das Elektron gar nicht elementar und besteht aus 3 Teilichen mit einer Ladung von jeweils - 1/3 ?

Fragen über Fragen .....
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Was ist ein Spin in der Physik ? 04 Mär 2016 23:06 #3503

Spin ist nur eine Quantenzahl, also ein mathematischesKonstrukt, was den Zustand eines Teilchens beschreibt und von einem anderen Zustand unterscheidet.. Man könnte alle Quantenzahlen auch einfach durchnummerieren, oder ihnen Buchstaben zuordnen, aber die Physiker können sich das mit Worten besser merken. Up und Down hat gar nichts mit einer Drehung zu tun, das "strange Quark" hat auch keinen seltsamen charakter.... diese Teilchen sind auch keine kleinen kugeln, sie haben nichts mit den Gegenständen unserer Anschauung zu tun, da sie z.b. auch. nicht an einem bestimmten Ort mit einer bestimmten Geschwindigkeit genau lokalisierbar sind, wie ein Tennisball oder so.
Für wirklich interessantes und genaueres dazu empfehle ich "Auf der suche nach Schrödingers Katze" von John Gribbin. Habe ich schon zwei mal gelesen und werde das wohl auch noch öfters tun...
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Was ist ein Spin in der Physik ? 04 Mär 2016 23:14 #3504

Gut zu Wissen, dass ich nicht der einzige bin, der die Physik Bücher öfters lesen muss.. :)

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Was ist ein Spin in der Physik ? 04 Mär 2016 23:23 #3507

Phmpg schrieb: Spin ist nur eine Quantenzahl, also ein mathematischesKonstrukt, was den Zustand eines Teilchens beschreibt und von einem anderen Zustand unterscheidet...


Und was unterscheidet jetzt ein Teilchen mit Spin Up von einem mit Spin Down ?
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Was ist ein Spin in der Physik ? 04 Mär 2016 23:26 #3508

natürlich empfehle ich auch das hier propagierte Buch, ist ja klar. Aber viel mehr gute Ph Bücher braucht man nicht, vielleicht insgesamt 15 Stück oderso. Die kann man jahrelang immer wieder lesen und es kommt einem vor als ob sie immer wieder neu wären. So gesehen ist Physik ein preisgünstiges Hobby... oder liegt es an meiner Krankheit, deren Name mir gerade nicht einfallen will...
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Was ist ein Spin in der Physik ? 04 Mär 2016 23:30 #3509

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Major Kottan schrieb: Und was unterscheidet jetzt ein Teilchen mit Spin Up von einem mit Spin Down ?

Soweit ich das verstanden hab, ist der Spin entscheidend ob diese Quanten miteinander interagieren oder nicht (Neutrino?).

Also drückt der Spin gewisse Eigenschaften aus, die vielleicht noch weiter erforscht werden müssen (?), so aber modellhaft schon beschreibbar sind (?).

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Was ist ein Spin in der Physik ? 05 Mär 2016 11:58 #3522

Major Kottan schrieb: Und was unterscheidet jetzt ein Teilchen mit Spin Up von einem mit Spin Down ?


Spin wirkt wie ein Drehimpuls, aber ohne, dass er durch die Bewegung einer Masse hervorgerufen wird. Ein geladenes Teilchen mit Spin hat auch ein magnetisches Moment.

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Was ist ein Spin in der Physik ? 06 Mär 2016 01:23 #3536

Phmpg schrieb: Spin ist nur eine Quantenzahl, also ein mathematischesKonstrukt, was den Zustand eines Teilchens beschreibt und von einem anderen Zustand unterscheidet.. Man könnte alle Quantenzahlen auch einfach durchnummerieren...

ClausS schrieb: Spin wirkt wie ein Drehimpuls, aber ohne, dass er durch die Bewegung einer Masse hervorgerufen wird.


Ist doch alles klar wie Kloßbrühe. Ausnahmsweise mal wörtlich zu nehmen.
Hat ClausS recht dann drängt sich die Frage auf wie man sich einen Drehimpuls ohne Masse vorstellen kann und ob es auch makroskopisch messbare Auswirkungen hat wenn genügend Teilchen mir gleichem Spin zusammenkommen.

Hat Phmpg recht stellt sich die Frage warum man diese Quantenzahl ausgerechnet "Spin" genannt hat, Führt diese Bezeichnung doch zu Verwirrung bei den Menschen deren Kopf noch rund ist. (Anspielung auf eine Metapher die Harald Lesch mal in @Centauri gebraucht hat)

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Was ist ein Spin in der Physik ? 06 Mär 2016 12:19 #3540

Mir geht es genauso. Wie kann etwas einen Drehimpuls haben, ohne sich zu drehen? Mir ist vollkommen klar dass der Spin wissenschaftlich bewiesen ist, und auch, dass es ein mathematisches Konstrukt ist, aber es muss doch immer noch logisch sein... Auch Mathematik ist logisch, es gibt ein paar Axiome auf der wir unsere gesamte Mathematik aufbauen. Wenn etwas den Zustand eines Teilchens beschreibt, muss sich der Zustand ja von A nach B ändern. Man müsste also doch einen regelmäßigen Unterschied zwischen A-Elementarteilchen und B-Elementarteilchen finden können. Einen Spinn von Elektronen würde ich mir, wenn ich das Sonnensystemsmodel für Atome nehme, mit der Erdrotation vorstellen. Laut ClausS ist es genau das, nur dass die Erde eben nicht rotiert :S ?? Vielleicht bin ich ja zu beschränkt dafür, aber mir ist das irgendwie nicht einleuchtend. Gibt es da auch ein besseres Model als"naja, ist halt wie wenn es sich dreht, es dreht sich halt nur nicht"

Aber, wie sagte Feynman so schön: "Wer von der Quantenmechanik nicht entsetzt ist, und wem sie nicht völlig absurd erscheint, der hat die Quantenmechanik noch nicht verstanden".
Viele Grüße und vielleicht hat hier ja jemand ein einleuchtenderes Modell,
Nirusu

"Wir stehen selbst enttäuscht und sehn betroffen
Den Vorhang zu und alle Fragen offen"
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Was ist ein Spin in der Physik ? 06 Mär 2016 21:24 #3572





2 Videos zum Thema.
Obwohl ich jetzt auch nicht weiß, was der Spin eigentlich ist :-)
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Was ist ein Spin in der Physik ? 07 Mär 2016 10:52 #3591

hallo,
bedenkt bitte, dass auch Elektronen ZUGLEICH Teilchen UND Wellen "sind" bzw. dass auch Elektronen in bestimmten Experimenten, die nach Welleneigenschaften fragen (z.b. Elektronenbeugung) eben diese Welleneigenschaften "nachweisen" und dass es genauso andere Experimente gibt (z.b. Elektronenstrahlröhe), die bei Elektronen Teilchencharakter nachweisen. So wie bei Photonen auch (nur, dass die als Bosonen sich ansonsten anders verhalten als Elektronen). Ds ist der sog. Welle-Teilchen Dualismus der Kopenhagener Deutung.

Wie soll man sich also bei einer Welle einen Spin vorstellen? Das macht hier keinen Sinn, aber das Elektron "ist"ja auch eine Welle!

Selbst wenn man sich ein Elektron als Teilchen vorstellt, so ist damit, wenn es sich bewegt (und das ist ja immer der fall), auch kein eindeutig festzulegender Ort verbunden, ich kann also prinzipiell NICHT sagen: "genau hier ist es jetzt" (Heisenberg). Und wenn ich noch nicht einmal sagen kann, wo es genau ist, dann macht es auch keinen Sinn zu sagen, dass es sich "um eine Achse dreht", da diese Achse ja, so wie das Teilchen selbst, gar nicht an einem bestimmten Ort zu finden ist.

Fazit: In der Quantenwelt der Teilchen sind die Bezeichnungen der Eigenschaften ausschließlich dazu da, die Eigenschaften in Kategorien zu unterteilen, um diese Kategorien zu vergleichen und zu messen und auseinander zu halten, aber NICHT, um sie mit makroskopischen Alltagsgegenständen zu vergleichen und daraus auf ihr Verhalten zu schließen. Geichwohl resultieren aus den Quanteneigenschaften der Teilchen wieder auch makroskopische Eigenschaften von makroskopischen körpern. Aber diese lassen sich eben nicht einfach klassisch aus einer vermeintlichen klassisch-mechanischen Eigenschaft der Atomaren Bauteile ableiten. Das geht nur über Quantenmechanik.
lg
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Was ist ein Spin in der Physik ? 08 Mär 2016 04:41 #3603

Hallo Phmpg,
Ich finde deine Argumentation nicht ganz schlüssig.

Phmpg schrieb: hallo,
bedenkt bitte, dass auch Elektronen ZUGLEICH Teilchen UND Wellen "sind" bzw. dass auch Elektronen in bestimmten Experimenten, die nach Welleneigenschaften fragen (z.b. Elektronenbeugung) eben diese Welleneigenschaften "nachweisen" und dass es genauso andere Experimente gibt (z.b. Elektronenstrahlröhe), die bei Elektronen Teilchencharakter nachweisen. So wie bei Photonen auch (nur, dass die als Bosonen sich ansonsten anders verhalten als Elektronen). Ds ist der sog. Welle-Teilchen Dualismus der Kopenhagener Deutung.

Ich habe durchaus über die Kopenhagener Deutung gelesen. Die Kopenhagener Deutung sagt in diesem Falle, dass Elektronen (und alle anderen Teilchen) sowohl Teilchen Eigenschaften als auch Wellen Eigenschaften haben.

Wie soll man sich also bei einer Welle einen Spin vorstellen? Das macht hier keinen Sinn, aber das Elektron "ist"ja auch eine Welle!

Eben hier liegt das Problem: Laut deiner Argumentation könnte dann ein Elektron ja kein Elementarteilchen sein, weil es ja auch Welle ist (Grund steckt im Namen Elementarteilchen). Es ist aber ja eben genau andersherum. Obwohl das Elektron als Teilchen betrachtet wird, kann es mit sich selbst interferieren (Das berühmte Young-Experiment). Ein Elektron kann auch die Teilcheneigenschaft "Spin" haben, auch wenn es auch Welleneigenschaften hat.
Nebenbei bräuchte man eigentlich ein neues Model (weder Teilchen noch Wellenmodel) um das Verhalten aller Elementarteilchen auf Quantenebene zu beschreiben. Problem ist nur: In unsere Welt gibt es kein Model das das ansatzweise schafft ;)

Selbst wenn man sich ein Elektron als Teilchen vorstellt, so ist damit, wenn es sich bewegt (und das ist ja immer der fall), auch kein eindeutig festzulegender Ort verbunden, ich kann also prinzipiell NICHT sagen: "genau hier ist es jetzt" (Heisenberg). Und wenn ich noch nicht einmal sagen kann, wo es genau ist, dann macht es auch keinen Sinn zu sagen, dass es sich "um eine Achse dreht", da diese Achse ja, so wie das Teilchen selbst, gar nicht an einem bestimmten Ort zu finden ist.

1. Nach dieser Argumentation kann ich auch sagen, dass es keine Geschwindigkeit hat, weil wir ja nie wissen, wo es sich befindet. Man muss die Achse nicht kennen, um Rotation zu zeigen.
2. Eben ganz genau nach Heisenberg kennen wir die Geschwindigkeit eines Teilchens, auch falls wir den Ort nicht kennen. Wir können also die Rotationsgeschwindigkeit erfassen (müssen nur auf den Ort verzichten).

Fazit: In der Quantenwelt der Teilchen sind die Bezeichnungen der Eigenschaften ausschließlich dazu da, die Eigenschaften in Kategorien zu unterteilen, um diese Kategorien zu vergleichen und zu messen und auseinander zu halten, aber NICHT, um sie mit makroskopischen Alltagsgegenständen zu vergleichen und daraus auf ihr Verhalten zu schließen. Geichwohl resultieren aus den Quanteneigenschaften der Teilchen wieder auch makroskopische Eigenschaften von makroskopischen körpern. Aber diese lassen sich eben nicht einfach klassisch aus einer vermeintlichen klassisch-mechanischen Eigenschaft der Atomaren Bauteile ableiten. Das geht nur über Quantenmechanik.
lg

Genau darum geht es uns. Der Begriff "Spin" ist etwas willkürlich, weil sich eben ja nichts dreht. Hätte man also auch "Schwubsdiwups" nennen können.

Also, auch wenn ich dir in deinen Argumenten nicht zustimme, sind wir zumindest beim Fazit auf der gleichen Wellenlänge ;)
Nirusu

Nachtrag: Wie unterscheidet sich ein Meson von einem Boson? Woran erkennt man den Spin?

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Was ist ein Spin in der Physik ? 08 Mär 2016 12:27 #3604

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Laut Heisenberg's Autobiographie "Der Teil und das Ganze" sind Elektronen, wie alles, eher eine Schwingung. Der Anschein eines Elementarteilchen oder einer Welle entsteht erst bei der Wechselwirkung, die wir messen und diese Beobachtung ist dann unscharf. Er vergleicht unsere Realität und auch die Quantenwelt mit einem Schattenspiel, welches wir beobachten. Wir sehen dabei nur die Schatten (Wechselwirkungen), die eigentlichen Ursachen, welche diese Schatten erzeugen, sind uns in Form und Zahl unbekannt.

Man könnte den Gedanken weiterspinnen und auf eine Art 5. Dimension kommen in der sich alles abspielt, wir aber (vor der Schattenwand) nur skalare Schwingungen (Schatten) aus dieser Ebene wahrnehmen.

Dies würde auch erklären, was einige, kritische Stimme ja meinen, dass man quasi beliebig viele (Konfigurationen von) Elementarteilchen "entdecken" kann. Man kann auch beliebig viele Formen als Ursache für die Schatten auf der Wand postulieren, ohne die ursprüngliche(n) Form(en) zu (er)kennen. Werner Heisenberg suchte die Antwort in einer Feldtheorie.

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Was ist ein Spin in der Physik ? 08 Mär 2016 12:28 #3605

Ändert so aber immer noch nichts an unserem Problem, oder?
Ich bin immer etwas langsam von Begriff...

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Was ist ein Spin in der Physik ? 08 Mär 2016 16:44 #3617

Jetzt weiß ich noch immer nicht, warum wir den Begriff Spin benötigen, wenn wir gar nicht wissen was er ist ?
Oder wie man ihn messen kann, wenn man gar nicht weiß was es ist ?
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Was ist ein Spin in der Physik ? 08 Mär 2016 16:59 #3619

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Major Kottan schrieb: Jetzt weiß ich noch immer nicht, warum wir den Begriff Spin benötigen, wenn wir gar nicht wissen was er ist ?
Oder wie man ihn messen kann, wenn man gar nicht weiß was es ist ?

Weil man damit wohl, um Heisenberg's Metapher vom Schattenspiel weiter zu benutzen, die Schatten auf der Wand erklären kann bzw. den Unterschied zwischen Licht und Schatten (Warum Licht mit Licht und Schatten mit Schatten verschmilzt, beides aber scheinbar nicht gleichzeitig am selben Ort existieren kann.) Der Zuschauer kann ja nicht sehen, dass Schatten nur durch Form(en) im Licht entsteht, für ihn existiert beides voneinander getrennt (als Form' = Schatten und Void = Licht - man beachte den Strich).

Diese Metapher ist sehr ergiebig und mir würde noch so einiges dazu einfallen. :silly: Die Negation dabei z.B., wie die Abwesenheit von Licht als "etwas" und die Anwesenheit von Licht als "nichts" angesehen wird, finde ich auch sehr interessant.

Das Buch von Heisenberg ist echt eine Offenbarung, es basiert aber auch eine recht gute Doku-Reihe darauf: www.br.de/mediathek/video/video/index.ht...ry=werner+heisenberg Diese trägt aber nicht wirklich zur Diskussion hier bei.

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Was ist ein Spin in der Physik ? 08 Mär 2016 17:43 #3620

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Merilix schrieb: Hat ClausS recht dann drängt sich die Frage auf wie man sich einen Drehimpuls ohne Masse vorstellen kann und ob es auch makroskopisch messbare Auswirkungen hat wenn genügend Teilchen mir gleichem Spin zusammenkommen.


Warum eigentlich "ohne Masse"? Nach meinen Information sollen die meisten Elementarteilchen (außer Photon und Gluon) eine Masse besitzen: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1...ary_Particles-de.svg

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Letzte Änderung: von ck.Pinhead. (Notfallmeldung) an den Administrator

Was ist ein Spin in der Physik ? 08 Mär 2016 19:07 #3622

Weil man damit wohl, um Heisenberg's Metapher vom Schattenspiel weiter zu benutzen, die Schatten auf der Wand erklären kann bzw. den Unterschied zwischen Licht und Schatten (Warum Licht mit Licht und Schatten mit Schatten verschmilzt, beides aber scheinbar nicht gleichzeitig am selben Ort existieren kann.) Der Zuschauer kann ja nicht sehen, dass Schatten nur durch Form(en) im Licht entsteht, für ihn existiert beides voneinander getrennt (als Form' = Schatten und Void = Licht - man beachte den Strich).



Also bei der Stringtheorie wettert Harald Lesch zu Recht, daß man die (wohl nie) experimentell nachweisen, oder auch falsifizieren kann.
Trotzdem kann man damit den ganzen Teilchenzoo - des Standardmodells erklären.

Bei der Spintheorie ist man dagegen zurückhaltender. Damit kann man das o.a. Schattenspiel vielleicht erklären.
Aber hat schon jeman einen Spin nachgewiesen oder falsifiziert ?

Bei den Strings kann ich mir zumindest vorstellen was das sein soll .... Beim Spin nicht .. :lol:
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Was ist ein Spin in der Physik ? 08 Mär 2016 19:34 #3624

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Major Kottan schrieb: Bei den Strings kann ich mir zumindest vorstellen was das sein soll .... Beim Spin nicht .. :lol:


Ich könnte mir vorstellen, dass beides sogar das gleiche meint bzw. es sich irgendwann so erweist. :pinch:

Mein persönlicher Glaube, ganz unter uns und auch nicht wirklich ins Thema passend: Wenn das Universum aus dem Symmetriebruch in einem Quantenfeld entstanden ist, muss es dafür eine Ursache/Information außerhalb dieses System gegeben haben. Außerhalb impliziert ein Außen, also ein übergeordnetes System (die andere Seite der Schattenwand).

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Was ist ein Spin in der Physik ? 09 Mär 2016 08:19 #3637

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Ich muss mich korrigieren: Die ursprüngliche Metapher vom Schattenspiel stammt von Plato, Heisenberg hatte sie aufgegriffen.

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Was ist ein Spin in der Physik ? 11 Mär 2016 01:47 #3669

Ok, ħ und damit auch der Spin hat schon mal die gleiche Einheit wie der Drehimpuls (kg m²/s).
Was noch? Magnetisches Moment lässt sich aus Spin und Bahndrehimpuls der Elektronen berechnen (wobei sich mir die Frage stellt wie man sich denn die jetzt wieder vorstellen soll wenn die Elektronen gar keine definierbaren Bahnen haben)...
Irgendwie schien mir der Zusammenhang historisch gewachsen zu einer Zeit als man noch die Vorstellung hatte Elektronen wären Teilchen die in definierten Bahnen um den Kern herumsausen.... etwas Wiki Recherche....da ist von irgendeinem Landé-Faktor zur Korrektur und einem anomalen g-Faktor des Spins die Rede und jetzt fühl ich mich zwischen den tausend Epizyklen der modernen Physik zermalmt :S

Was hat Harald Lesch mal in @Centauri über Physikstudenten gesagt? Sie gehen viereckig ins Studium rein und kommen rund wieder raus...
Naja, ich bleib lieber Viereckig mit abgerundeten Ecken^^

assume good faith
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Was ist ein Spin in der Physik ? 15 Mär 2016 21:00 #3839

Ich meine der Spin kommt direkt aus der Quantenmechanik (relativistischen) wäre damit kein Postulat oder so mehr. Eine anschauliche Bedeutung würde ich ihm jetzt nicht geben wollen. Eine Eigenschaft von Teilchen eben, warum jetzt relativistisch bin ich überfragt.
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