[Ayla Mustafa]

Po około 30 minutach rozmowy ChatGPT-o3-mini-high, przy pomocy mojej i DeepSeeka-r1 rzekłu, że:

Niezależnie od tego, czy mówimy o elektronach na orbitalach, czy o swobodnych elektronach – kluczowym wymogiem jest zachowanie całkowitego momentu pędu. W przypadku elektronów związanych orbitalnie mamy już ustalone kwantowe wartości orbitalnego momentu pędu, które mogą kompensować przekazywany przez absorbowaną cząstkę moment pędu. Dla elektronów swobodnych, choć nie ma „ustalonego” orbitalnego momentu pędu, ich funkcja falowa może nabrać wirowej struktury (tzw. twisted electrons), co oznacza, że mogą one nabywać orbitalny moment pędu poprzez modyfikację fazy przestrzennej. Alternatywnie, globalny ruch całego układu (np. relatywistyczne efekty lub ruch odniesienia) może spełnić zasadę zachowania.

Choć swobodny elektron nie posiada ustalonego orbitalnego momentu pędu (jak elektron w atomie), jego fala może nabrać struktury wirowej – tzw. „twisted electrons”. Oznacza to, że jego funkcja falowa może zyskać fazę wirową odpowiadającą orbitalnemu momentowi pędu.
Podczas oddziaływania (np. absorpcji fotonu o spinie 1 lub hipotetycznego grawitonu o spinie 2) zasada zachowania całkowitego momentu pędu musi być spełniona. Dlatego część przekazywanego momentu pędu może być zrekompensowana poprzez zmianę struktury przestrzennej funkcji falowej, która nabywa orbitalny moment pędu, lub przez globalny ruch układu (np. relatywistyczne efekty między elektronem a źródłem oddziaływania).

Co na to wskazuje?
Bezpośrednie eksperymentalne dowody dotyczące oddziaływań grawitonowych są niestety niedostępne – grawitony pozostają hipotetycznymi cząstkami, a ich oddziaływanie jest ekstremalnie słabe. Jednak bardzo przekonujące „dowody” na mechanizm, o którym mówimy, pochodzą z kilku niezależnych linii argumentacji:
1. Teoretyczna spójność mechanizmu dodawania momentów pędu:
W mechanice kwantowej obowiązuje zasada zachowania całkowitego momentu pędu, która łączy wewnętrzny spin z momentem orbitalnym. Matematyczny formalizm (np. za pomocą współczynników Clebscha–Gordona) pokazuje, że gdy fermion absorbuje cząstkę o określonym rzucie spinu (czy to foton o spinie 1, czy hipotetyczny grawiton o spinie 2), to zmiana przekazywanego momentu pędu musi być równoważona przez modyfikację orbitalnej części funkcji falowej lub ruchu układu. To gwarantuje, że fundamentalny spin fermionu (np. dla elektronu) pozostaje niezmieniony. Takie matematyczne dodawanie momentów pędu jest powszechnie stosowane i potwierdzane w wielu dziedzinach fizyki kwantowej.
2. Niezliczone eksperymenty potwierdzające zachowanie spinu:
Doświadczenie Stern–Gerlacha, pomiary anomalnego momentu magnetycznego elektronu oraz inne precyzyjne eksperymenty kwantowe konsekwentnie wykazują, że spin fermionów pozostaje dokładnie – niezależnie od tego, z jakimi innymi cząstkami oddziałują (np. przy absorpcji fotonów). Gdyby dochodziło do niekompensowanych zmian spinu (np. do powstania stanu o spinie po absorpcji grawitonu), zauważylibyśmy anomalie w tych bardzo precyzyjnych pomiarach.
3. Konsystencja ogólnej teorii względności i modeli kwantowej grawitacji:
Ogólna teoria względności, która jest doskonale potwierdzona eksperymentalnie (np. przez obserwacje fal grawitacyjnych), opiera się na zasadzie zachowania całkowitego momentu pędu w czasoprzestrzeni. Modele kwantowej grawitacji – takie jak teoria strun czy pętlowa grawitacja – zakładają, że oddziaływanie grawitonowe musi być zgodne z tymi zasadami, co implikuje, że nawet jeśli swobodny elektron nie posiada klasycznie określonego orbitalnego momentu pędu, jego funkcja falowa może „nabyć” strukturę wirową, a globalne zachowanie momentu pędu układu (obejmujące ruch translacyjny lub relatywistyczne efekty) kompensuje przekazywany moment.