Содержание
«Если говорить простыми словами, что такое спин электрона? На что он влияет?» — Яндекс Кью
Спин, это собственный момент вращения. Просто в физике сложилась такая терминология, что момент вращения для элементарных частиц и атомов называется словом «спин».
Слово «собственный» означает, что рассматривается вращение самой частицы (точнее вращение с «центром» внутри неё), а не вращение частицы вокруг центра за пределами частицы. (Слово «центр» взято в кавычки, так как у элементарных частиц нет единого геометрического центра вращения как у твердых тел, центр размазан.)
Еще одна особенность этого термина состоит в том, что величину спина (момента вращения) элементарных частиц и атомов принято выражать в квантах вращения. Например, когда говорят, что фотон имеет спин (+1), то это означает, что момент вращения фотона равен одному кванту вращения по часовой стрелке относительно некоторого заранее выбранного направления. Или, когда говорят, что электрон имеет спин (-1/2), то имеют в виду, что момент вращения электрона равен половине кванта вращения против часовой стрелки относительно некоторого заранее выбранного направления (например, относительно оси Z).
Все элементарные частицы относятся или к бозонам или к фермионам. Отличие в том, что у бозонов бывает только целое число квантов вращения, а у фермионов полуцелое.
Это отличие приводит к тому, что у бозонов можно полностью отобрать вращение, то есть остановить вращение элементарной частицы, а у фермиона вращение никак не отобрать, то есть фермион всегда вращается (даже при нулевой абсолютной температуре).
Это связано с тем, что кванты вращения от одного тела к другому могут передаваться только целым числом квантов, но не половиной кванта.
Поэтому существуют фотоны с нулевым спином и фотоны с единичным спином. Когда у фотона единичный спин, то он может принимать три проекции на выделенную ось. Это (+1), 0 и (-1). Классическим аналогом фотона с единичным спином является электромагнитная волна с круговой поляризацией. В зависимости от того, как вы выбрали выделенную ось, вращения векторов электрического и магнитного поля может быть или по часовой стрелке или против часовой стрелки на направление оси, или ни то и ни другое, когда ось лежит в плоскости вращения.
А классическим аналогом фотона с нулевым спином является электромагнитная волна без круговой поляризации, например, поляризация строго в одной плоскости. В этом случае как бы не выбирали выделенную ось, вращения вокруг неё векторов электрического и магнитного поля не будет.
Спин электрона влияет на многие вещи. Например, на поглощение и излучение фотонов электронами в атоме.
Допустим ось Z является выделенной осью. У электрона в атоме спин (+1/2), то есть электрон имеет пол-кванта вращения по часовой стрелке вокруг Z. Прилетает фотон со спином (+1). Что происходит? Ничего не происходит. Электрон не может поглотить этот фотон, так по закону сохранения момента вращения, спины электрона и фотона должны суммироваться. Но (+1/2) + (+1) = (+3/2). А у электрона не может быть такого спина. Электроны могут иметь только спины (-1/2) и (+1/2). Это ограничение из-за релятивистской механики и связано с тем, что линейная скорость вращения не может превышать скорость света. То есть любое тело нельзя раскрутить сколь угодно быстро.
Поэтому электрон невозможно «накачивать» квантами вращения. Где-то будет предел. И этот предел ограничивает спины электрона только двумя возможными значениями, (-1/2) и (+1/2).
А если прилетит фотон с нулевым спином, то (+1/2) + 0 = (+1/2). Электрон поглотит такой фотон, но его вращение не изменится.
А если прилетит фотон со спином (-1), тогда (+1/2) + (-1) = (-1/2). Электрон поглотит этот фотон, но направление своего вращения электрон сменит на противоположное. То есть вращение электрона пойдет уже против часовой стрелки относительно оси Z.
Через какое-то время этот электрон обратно излучит фотон и перейдет на свой основной энергетический уровень в атоме. Теперь электрон сможет также излучить фотон и с нулевым спином, и со спином (-1), так как (-1/2) — (-1) = (+1/2). Теперь мы спины не суммируем, а вычитаем, так как фотон уносит спин (-1) с собой. В результате электрон меняет своё вращение на противоположное.
А вот излучить фотон со спином (+1) наш электрон не сможет, так как иначе его спин должен стать (-1/2) — (+1) = (-3/2), что невозможно.
Кроме процессов поглощения и излучения фотонов, спин электрона играет очень большую роль в магнитных свойствах вещества. Например в том, что все вещества делятся на диамагнетики и парамагнетики.
Между спинами электронов (и других элементарных частиц) существует, так называемое, обменное взаимодействие. Это взаимодействие оказывает очень сильное влияние на магнитные структуры парамагнетиков при низких температурах (ферромагнетизм, антиферромагнетизм, спиновые стекла и др. магнитные структуры).
Химия школьникам: 11 класс. Спин
Спин наглядно соответствует как бы «собственным вращениям» частиц. Было бы, однако, наивно представлять себе что-то вроде волчков, вращающихся вокруг своей оси. Не нужно забывать, что частицы вовсе не шарики и вообще не тот объект, портрет которого мог бы написать самый изощренный художник. Наши наглядные представления хороши для мира «больших вещей», для макромира, но мало чем могут помочь, когда мы начинаем изучать явления микромира.
Если из ствола нарезного ружья вылетает пуля, то она на лету вращается вокруг продольной, т.
е. совпадающей с направлением полета, оси. Представьте теперь себе момент охоты очень сильно закрученными пулями. Засевшая в мишени пуля сообщит ей свое вращение и мишень начнет вращаться в ту же сторону, что и пуля.
А теперь представьте себе, что мишень обстреливается электронами или другими элементарными частицами и поглощает их. Если все частицы закручены в одну сторону, то, поглощаясь, они должны сообщить вращение мишени. Так вот, чем больше спин, тем сильнее начнет вращаться мишень.
Бесплодно искать объяснение спина в каких-либо механических картинках. В опытах с мишенью мы имеем принципиальную схему того, как этот спин можно измерять. Конечно, мы коснулись лишь самой поверхности явления — за ней скрываются сложнейшие особенности законов движения и взаимодействия элементарных частиц… Однако уже эта внешняя сторона позволяет сравнивать спины различных частиц и дает тем самым некоторое представление о новом свойстве объектов микромира.
Разумеется, описанный опыт с мишенью является весьма грубым подобием реальных экспериментов.
Представьте себе, что мишень — пусть этой мишенью будет обычная копеечная монета — обстреливается из ружья, стреляющего элементарными частицами, закрученными в одну сторону. Здесь выявится замечательное обстоятельство. При равном числе попаданий целый ряд частиц — электроны, протоны, нейтроны и некоторые другие — передадут мишени одинаковый момент количества движения. У них, следовательно, одинаковый спин. Частицы света — фотоны — передадут мишени вдвое больший вращательный момент, а отдельные частицы, как, например, л-мезоны, вообще не вызовут вращения. Их спин равен нулю.
Количественное значение спина очень точно известно: он равен либо 0, либо ћ/2, либо ћ, где ћ — постоянная Планка — квант действия. У электрона спин равен ћ/2. Постоянная Планка настолько мала (число с 27 нулями после запятой), что мишень-копейка будет совершать один оборот в секунду лишь в том случае, если мы будем продолжать ее обстрел 10 000 000 000 000 000 лет, делая по тысяче «выстрелов» в секунду.
Здесь ситуация примерно такая же, как если бы мы пытались вызвать вращение Луны, стреляя в нее из нарезного ружья. О «малом» или «большом» спине говорить не слишком разумно: в микромире действуют непривычные для нас масштабы. Важно, что спин существен во многих случаях, в частности при соединении атомов в молекулу.
Электрон, как показывает опыт, может быть закручен только двумя способами: вращение электрона образует либо правый, либо левый винт движения. Соответственно может, закручиваться и мишень. Говоря другими словами, возможны только две ориентации спина по отношению к любому направлению. Поэтому, если спин одного электрона фиксирован, то спин другого либо параллелен ему, либо антипараллелен.
Аномальные химические процессы в мозге при хронической боли в спине: исследование протонной магнитно-резонансной спектроскопии in vivo
. 2000 г., 15 декабря; 89(1):7–18.
doi: 10.
1016/S0304-3959(00)00340-7.
Игорь Д Грачев
1
, Брюс Э. Фредриксон, Вания А. Апкарян
принадлежность
- 1 Кафедра нейрохирургии, Медицинский университет SUNY Upstate, Сиракузы, NY 13210, США Кафедра неврологии и физиологии, Медицинский университет SUNY Upstate, Сиракузы, NY 13210, США Кафедра ортопедической хирургии, Медицинский университет SUNY Upstate, Сиракузы, NY 13210, США.
PMID:
11113288
DOI:
10.1016/С0304-3959(00)00340-7
Игорь Д Грачев и др.
Боль.
.
. 2000 г., 15 декабря; 89(1):7–18.
doi: 10.1016/S0304-3959(00)00340-7.
Авторы
Игорь Д Грачев
1
, Брюс Э. Фредриксон, Ваня А. Апкарян
принадлежность
- 1 Кафедра нейрохирургии, Медицинский университет SUNY Upstate, Сиракузы, Нью-Йорк 13210, США Кафедра неврологии и физиологии, Медицинский университет SUNY Upstate, Сиракузы, NY 13210, США Кафедра ортопедической хирургии, Медицинский университет SUNY Upstate, Сиракузы, Нью-Йорк 13210, США.
PMID:
11113288
DOI:
10.
1016/С0304-3959(00)00340-7
1016/С0304-3959(00)00340-7Абстрактный
Нейробиология хронической боли, включая хроническую боль в спине, неизвестна. Структурные визуализирующие исследования позвоночника не могут объяснить все случаи хронической боли в спине. Исследования функциональной визуализации головного мозга показывают, что паттерны активации мозга различаются у пациентов с хронической болью и у здоровых людей, а таламус, префронтальная и поясная кора головного мозга участвуют в некоторых типах хронической боли. Модели хронической боли на животных предполагают аномальные химические процессы в спинном мозге. Вызывает ли хроническая боль химические изменения в мозге? Мы изучили химические изменения головного мозга у пациентов с хронической болью в спине с помощью одновоксельной протонной магнитно-резонансной спектроскопии in vivo ((1)H-MRS). In vivo (1)H-MRS использовали для измерения относительных концентраций N-ацетиласпартата, креатина, холина, глутамата, глутамина, гамма-аминомасляной кислоты, инозитола, глюкозы и лактата по отношению к концентрации креатина.
Эти измерения были выполнены в шести областях мозга девяти пациентов с хронической болью в пояснице и 11 здоровых добровольцев. Все пациенты с хронической болью в спине прошли клиническую оценку и перцептивные измерения боли и беспокойства. Мы показываем, что хроническая боль в спине изменяет химический состав человеческого мозга. Снижение N-ацетиласпартата и глюкозы было продемонстрировано в дорсолатеральной префронтальной коре. В поясной, сенсомоторной и других областях мозга не было обнаружено различий в концентрации химических веществ. При хронической боли в спине взаимосвязь между химическими веществами внутри и между областями мозга была ненормальной, и существовала специфическая взаимосвязь между региональными химическими веществами и показателями восприятия боли и тревоги. Эти результаты предоставляют прямые доказательства аномального химического состава мозга при хронической боли в спине, что может быть полезно для диагностики и будущей разработки более эффективных фармакологических методов лечения.
Похожие статьи
Тревога у здоровых людей связана с орбитально-лобной химией.
Грачев И.Д., Апкарян А.В.
Грачев И.Д. и соавт.
Мол Психиатрия. 2000 сен; 5 (5): 482-8. doi: 10.1038/sj.mp.4000778.
Мол Психиатрия. 2000.PMID: 11032381
Старение изменяет профиль мультихимической сети человеческого мозга: исследование in vivo (1) H-MRS молодых людей по сравнению с людьми среднего возраста.
Грачев И.Д., Сварнкар А., Севереньи Н.М., Рамачандран Т.С., Апкарян А.В.
Грачев И.Д. и соавт.
Дж. Нейрохим. 2001 г., апрель 77(1):292-303. doi: 10.1046/j.1471-4159.2001.t01-1-00238.x.
Дж. Нейрохим. 2001.PMID: 11279285
Клиническое испытание.
1H-MR спектроскопическое обнаружение метаболических изменений в областях мозга, обрабатывающих боль, при наличии неспецифической хронической боли в пояснице.
Гусев А., Рзанни Р., Гюльмар Д., Шолле Х.К., Райхенбах М.Р.
Гусев А. и соавт.
Нейроизображение. 2011 15 января; 54 (2): 1315-23. doi: 10.1016/j.neuroimage.2010.09.039. Epub 2010 30 сентября.
Нейроизображение. 2011.PMID: 20869447
Химия головного мозга плода человека, обнаруженная с помощью протонной магнитно-резонансной спектроскопии.
Бригина Э., Бресолин Н., Парди Г., Ранго М.
Бригина Э. и др.
Педиатр Нейрол. 2009 г.Май; 40(5):327-42. doi: 10.1016/j.pediatrneurol.2008.11.001.
Педиатр Нейрол. 2009.PMID: 19380068
Рассмотрение.
Нейрохимические изменения мозга при биполярном расстройстве и их значение для патофизиологии: систематический обзор результатов протонной магнитно-резонансной спектроскопии in vivo.
Йылдыз-Есилоглу А., Анкерст Д.П.
Йылдыз-Есилоглу А. и др.
Прог Нейропсихофармакол Биол Психиатрия. 2006 30 августа; 30 (6): 969-95. doi: 10.1016/j.pnpbp.2006.03.012. Epub 2006 4 мая.
Прог Нейропсихофармакол Биол Психиатрия. 2006.PMID: 16677749
Рассмотрение.
Посмотреть все похожие статьи
Цитируется
Роль биомаркеров визуализации в лечении хронической нейропатической боли.
Pricope CV, Tamba BI, Stanciu GD, Cuciureanu M, Neagu AN, Creanga-Murariu I, Dobrovat BI, Uritu CM, Filipiuc SI, Pricope BM, Alexa-Stratulat T.
Pricope CV и др.
Int J Mol Sci. 2022 27 октября; 23 (21): 13038. дои: 10.3390/ijms232113038.
Int J Mol Sci. 2022.PMID: 36361821
Бесплатная статья ЧВК.Рассмотрение.
Эффекты тренировочного вмешательства на когнитивные способности и пластичность нейронов — экспериментальное исследование.
Вибкинг С., Лин С.И., Випперт П.М.
Вибкинг С. и др.
Фронт Нейрол. 2022 5 августа; 13:773813. doi: 10.3389/fneur.2022.773813. Электронная коллекция 2022.
Фронт Нейрол. 2022.PMID: 36003302
Бесплатная статья ЧВК.Уровни нейрометаболитов и отношение к центральной сенсибилизации у пациентов с хронической орофациальной болью: исследование магнитно-резонансной спектроскопии.
Терумицу М., Такадо Ю., Фукуда К.И., Като Э., Танака С.
Терумицу М. и др.
Джей Боль Рез. 2022 16 мая; 15:1421-1432. doi: 10.2147/JPR.S362793. Электронная коллекция 2022.
Джей Боль Рез. 2022.PMID: 35599974
Бесплатная статья ЧВК.Биомеханический анализ углового отклонения таза в сагиттальной плоскости в ответ на асимметричную нагрузку на ноги у женщин с неспецифической хронической болью в пояснице и без нее.
Мефтахи Н., Камали Ф., Парнианпур М., Давуди М.
Мефтахи Н. и др.
J Biomed Phys Eng. 2021 1 июня; 11 (3): 367-376. дои: 10.31661/jbpe.v0i0.944. электронная коллекция 2021 июнь.
J Biomed Phys Eng. 2021.PMID: 34189125
Бесплатная статья ЧВК.Повышенный уровень ГАМК+ у людей с мигренью, головной болью и болевым синдромом — потенциальный маркер боли.
Пик А.Л., Ливер А.М., Фостер С., Ольцшнер Г., Путс Н.А., Галлоуэй Г., Стерлинг М., Нг К., Рефшауге К., Агила М.Р., Реббек Т.
Пик А.Л. и др.
Джей Пейн. 2021 дек;22(12):1631-1645. doi: 10.1016/j.jpain.2021.06.005. Epub 2021 25 июня.
Джей Пейн. 2021.PMID: 34182103
Бесплатная статья ЧВК.
Просмотреть все статьи «Цитируется по»
использованная литература
Андерссон GBJ.
Эпидемиологические особенности хронической боли в пояснице (обзор). Ланцет. 1999;354:581-585.
Бессон Дж. М. Нейробиология боли. Ланцет. 1999; 353:1610-1615.
Кастильо М., Квок Л., Скэтлифф Дж., Мукерджи С. Протонная МР-спектроскопия при опухолевых и неопухолевых заболеваниях головного мозга. Magn Reson Imaging Clin N Am. 1998;6:1-20.
Cui JG, O’Connor WT, Ungerstedt U, Linderoth B, Meyerson BA. Стимуляция спинного мозга ослабляет усиленное высвобождение возбуждающих аминокислот в задних рогах при мононейропатии посредством ГАМКергического механизма. Боль. 1997;73:87-95.
Дейо РА.
Магнитно-резонансная томография поясничного отдела позвоночника (редакторы). N Engl J Med. 1994;331:115-116.
Эпидемиологические особенности хронической боли в пояснице (обзор). Ланцет. 1999;354:581-585.
Магнитно-резонансная томография поясничного отдела позвоночника (редакторы). N Engl J Med. 1994;331:115-116. Типы публикаций
термины MeSH
вещества
Грантовая поддержка
- NS35115/NS/NINDS NIH HHS/США
Механическая боль против химической боли — в чем разница?
перейти к содержанию
Механическая боль против химической боли – какая у меня?
Механическая боль или химическая боль – какая у меня?
Как врач определит тип моей боли в спине?
Внезапно у вас заболела спина.
Может, ты упал, играя в баскетбол. Может быть, вы что-то подняли и почувствовали тягу. Может быть, вы попали в аварию. А может быть, явного провоцирующего инцидента не было и у вас просто болит спина. Боль в спине не только является одной из самых распространенных проблем со здоровьем, с которой мы все сталкиваемся, но и вызывает исключительный стресс и беспокойство. Моя боль в спине просто травма или признак чего-то более серьезного? Как я могу узнать разницу?
Механическая боль или химическая боль – какая у меня?
Как врач определит тип моей боли в спине?
Внезапно у вас заболела спина. Может, ты упал, играя в баскетбол. Может быть, вы что-то подняли и почувствовали тягу. Может быть, вы попали в аварию. А может быть, явного провоцирующего инцидента не было и у вас просто болит спина. Боль в спине не только является одной из самых распространенных проблем со здоровьем, с которой мы все сталкиваемся, но и вызывает исключительный стресс и беспокойство.
Моя боль в спине просто травма или признак чего-то более серьезного? Как я могу узнать разницу?
Причин болей в спине много, но наиболее распространенными являются:
- Растяжение мышц или связок (обычно из-за тяжелого наклона или внезапного неловкого движения).
- Повреждение дисков, выступающих в качестве подушек в позвоночнике, выпячивания, грыжи или пролапсы, оказывающие давление на нервы и спинной мозг.
- Ишиас, когда седалищный нерв раздражается, сжимается или воспаляется, вызывая боль в ноге или стопе.
- Остеоартрит, вызывающий боль, скованность и отек в суставах позвоночника.
- Спинальный стеноз — дегенеративное состояние, которое может привести к сужению пространств внутри позвоночника и сдавливанию спинномозговых нервов.
Одним из первых шагов в постановке точного диагноза и разработке плана лечения является определение того, является ли ваша боль механической или химической по своей природе. Ваш врач обсудит вашу историю болезни и детали вашей боли, чтобы помочь определить, страдаете ли вы от механической боли или химической боли, и определить текущий план лечения.
Но в чем разница между механической и химической болью и как это определение повлияет на ваши варианты лечения?
Механическая боль
Механическая боль возникает при нагрузке на кости, диски или нервы позвоночника. Анатомическое пространство для этих структур очень ограничено, поэтому любая аномалия в структуре вашего позвоночника будет оказывать давление на чувствительные области и вызывать боль. Если боль приходит и уходит или меняется, когда вы наклоняетесь определенным образом или встаете, тогда боль носит механический характер.
Механическая боль в спине не обязательно возникает только из-за структур позвоночника. Дисбаланс или нестабильность опорно-двигательного аппарата спины, кора и бедер также может вызывать механическую боль. Если одна часть скелетно-мышечной структуры страдает от недостатка стабильности, другие области могут стать сильнее, чтобы компенсировать это. В двух словах это природа мышечного дисбаланса. Механическая боль настолько многогранна, что ваш врач задаст много вопросов о вашей истории, поведении и особенностях вашей боли, прежде чем заказать диагностическую визуализацию для подтверждения диагноза.
Химическая боль
Химическая боль в позвоночнике связана с воспалением. Разрыв диска воспаляет окружающие ткани и оказывает давление на позвоночник. Потеря хряща вызывает костные шпоры и отек. Эти типы реакций вызывают боль в источнике и дополнительную боль, поскольку структуры позвоночника подвергаются аномальному давлению.
В отличие от предсказуемой природы механической боли, химическая боль не связана с конкретным движением. Некоторые движения усиливают боль, но после прекращения движения боль сохраняется. При химической боли часто никакие движения или расслабление не заставят боль полностью утихнуть.
Боль химического происхождения не улучшится, пока не будет устранено первоначальное воспаление или химическая реакция в организме.
Лечение химической и механической боли
Запись в тот же день
Механическая боль реагирует только на механическое лечение – изменение положения или движения. Механическое лечение нацелено на конкретный сустав или ткань, чтобы изменить текущее механическое положение или свойство этой ткани.