Спин и прецессия Томаса

Релятивисты постоянно подчеркивают, что механика Ньютона что-то не описывает по сравнению с СТО. Например, в книге [33] рассматривается так называемая прецессия Томаса (эффект поворота стержня в СТО как проявление "относительности одновременности") и утверждается, что в механике Ньютона гироскоп всегда сохраняет свою ориентацию. Однако, как известно из квантовой механики, момент спина электрона всегда направлен либо по, либо против направления орбитального момента, то есть в данном случае он перпендикулярен плоскости орбиты (и скорости электрона!). А в этом общепринятом случае и механика Ньютона и СТО сохраняют направление гироскопа, перпендикулярное плоскости орбиты. Поэтому изображенные в книге [33] меняющиеся направления спина не отвечают действительности (Рис. 4.7).

Рисунок 4.7: Прецессия Томаса в СТО.

Если все же предположить наклонную ориентацию спина электрона и вспомнить, что мы имеем не просто гироскоп (вращающийся шарик), а заряженную частицу, обладающую магнитным моментом, то в магнитном поле заряженного ядра под действием сил будет наблюдаться прецессия спина электрона, которая может быть описана классическим образом (насколько вообще объекты микромира позволяют это сделать). Для классического описания данного явления (без интерпретаций СТО) необходимо знать все параметры атома, включая ориентации спинов и моментов. Более того, в классическом случае, даже при ориентации спина электрона перпендикулярно орбите, возможна прецессия, если момент ядра не перпендикулярен орбите (да и ядро тоже может прецессировать). В реальной задаче многих тел всегда происходит согласование всех движений, включая все орбиты, все прецессии, смещения всех перигелиев.

Современное использование понятия спина частиц в СТО является внутренне несогласованным. Дело в том, что при столкновениях частицы движутся друг относительно друга и вдобавок изменяют свое движение, а в движущейся системе момент количества движения (как орбитальный, так и спин) должен согласно СТО отличаться от той же величины в покоящейся системе. Как же спин может оставаться инвариантным и участвовать в строгих числовых равенствах (релятивистских законах сохранения)?

Кроме того, прецессия Томаса как кинематический эффект СТО внутренне противоречива (см. Главу 1), так как процесс вращения выходит за рамки инерциальных систем СТО (прямолинейного равномерного движения).