¿Por qué todo gira?

Siguiendo estrictamente la mecánica clásica, todas las cosas en el espacio se mueven en diferentes direcciones. Ellos no se quedan quietos. Podrías preguntar por qué no se quedan quietos, pero supongo que eso es cosmología.

Supongamos que dos automóviles pasan en direcciones opuestas en una carretera. Cuando pasan, hay una cierta distancia entre ellos. Entonces, si dibuja una línea punteada alrededor del par, ese par tiene un momento angular, que es solo un momento a distancia. No tienen que estar girando alrededor de un centro para tener un momento angular. Solo tienen que estar viajando uno al lado del otro.

Si uno de los carros lanzaba un imán en una cuerda y atrapaba al otro, ahora comenzarían a girar como bolas. Eso es lo que sucede cuando las cosas que se mueven una al lado de la otra se unen. Ya sea que estén unidos o no, todavía tienen un momento angular. Es solo otra forma de decir que se están pasando uno al lado del otro.

En las partículas elementales todas las partículas que tienen un espín diferente a 0, es decir, tienen un momento angular, por lo que los fotones también están girando, tienen un espín 1. Existen partículas y sistemas con un espín 0 (piones, por ejemplo), que no giran: ) .

Dado que la física comenzó con estudios macroscópicos, uno tiene que mirar las ecuaciones que describen el movimiento de forma clásica, las soluciones se ajustan perfectamente a los datos. Estas ecuaciones obedecen al "teorema de Noether" que muestra que hay cantidades conservadas en la dinámica del movimiento provenientes de las simetrías del sistema. La energía, el momento y el momento angular se conservan.

Esto significa que una vez que se establece una trayectoria o una rotación del sistema por alguna interacción, por ejemplo, por un impacto rasante de dos asteroides, si no hay más interacciones, los asteroides seguirán girando porque el momento angular que se dieron entre sí se conservará individualmente. .

Entonces la respuesta a tu pregunta

¿De dónde viene todo el momento angular? ¿Por qué es tan natural?

es: de las leyes de conservación. Es natural porque las ecuaciones de movimiento y las leyes de conservación son una descripción de la mecánica de la naturaleza, y así es como funciona la naturaleza.

Ahora, el espacio-tiempo y el momento angular son otra historia en la Relatividad General, donde, debido a que un objeto giratorio tiene aceleración en la dirección radial, distorsiona el espacio-tiempo a su alrededor.

Editar después del comentario:

La energía original que puso en movimiento el universo, creó las partículas e indujo las rotaciones está descrita actualmente por el modelo del Big Bang , en el origen de nuestro universo hace miles de millones de años, a partir de las fluctuaciones de la mecánica cuántica.

El origen del espín se puede rastrear en dos postulados físicos fundamentales:

1. Postulado de la relatividad (general) de Einstein ,
2. Principio de Wigner que establece que las partículas elementales portan representaciones unitarias irreductibles de las simetrías de la naturaleza.

De acuerdo con el primer principio, cada marco de referencia local del espacio-tiempo es minkowskiano y las leyes de la física son las mismas en todos los marcos de referencia locales. Ahora bien, el grupo de automorfismos de un espacio de Minkowski es el grupo de Poincaré, por lo tanto las leyes de la física son covariantes bajo el grupo de Poincaré.

El segundo principio nos permite identificar realmente entre partículas elementales y representaciones irreducibles de los grupos de simetría de la naturaleza. Aplicando este principio al grupo de Poincaré, obtenemos que las partículas elementales portan representaciones unitarias irreductibles del grupo de Poincaré y, en consecuencia, representaciones unitarias irreductibles de sus subgrupos, en particular, el grupo de rotación. Ahora, dado que las representaciones elementales del grupo de rotación se clasifican por el espín, las partículas elementales tienen espín.

Hay una sutileza en esta descripción, ya que las representaciones del grupo de rotación corresponden solo al espín entero y, como sabemos, el espín medio entero también existe en la naturaleza. Este problema también fue abordado por Wigner, quien generalizó la correspondencia entre partículas elementales y representaciones a representaciones proyectivas también (ver, por ejemplo, las obras completas de Wigner ). Las representaciones proyectivas del grupo de rotación corresponden tanto a medio entero como a espín entero.

Creo que la forma más sencilla de responder a esta pregunta es afirmar lo apropiado. cuando pones, lanzas o entregas algo en el espacio, es casi imposible que no gire. No tener momento angular en 0g es casi imposible. Además del vacío, el giro aleatorio es el problema más difícil en el espacio.

Por qué los planetas, las estrellas y otras masas extendidas tienen rotación.

En primer lugar, algunos puntos:

• La mayoría de los cuerpos en el universo están desquiciados (es decir, no hay una 'bisagra' física que sostenga el cuerpo en su lugar) y se mueven en el espacio.

• Para mover cualquier cuerpo, hay que darle impulso.

• El impulso no necesita estar orientado en ninguna dirección en particular y no necesita transferirse en ningún punto en particular.

• Todo cuerpo extenso tiene un centro de masa.
• Si el cuerpo gira sobre sí mismo, lo hace sobre el centro de masa.

Tomemos como nuestro cuerpo una varilla situada en el espacio libre. Esta varilla puede ser bombardeada con todo tipo de objetos que le transfieran impulso. Si la cantidad de movimiento se transfiere al cuerpo en cualquier punto que no sea el com, se produce la rotación. Si queremos traslación pura, tendremos que golpear la varilla exactamente en el centro de masa. Dado que es imposible transferir cantidad de movimiento exactamente en el centro de masa (ya que siempre habrá un error al medir dónde está el centro de masa), siempre e inevitablemente habrá rotación del cuerpo cuando se le dé un impulso. Por lo tanto, la mayoría de las masas extendidas en el universo, como los planetas y las estrellas, tienen cierta cantidad de rotación. La tierra, por ejemplo, chocó con otro planeta hace mucho tiempo, por lo que gira sobre su propio eje incluso hoy.

Por qué las galaxias y los sistemas solares tienen rotación.

El principio fundamental que les da rotación es algo así:

Digamos que tienes dos masas moviéndose en direcciones opuestas pero no de frente. Sabes que la gravedad actúa entre ellos. A medida que se acercan, se curvarán uno hacia el otro debido a la gravedad. Esta curvatura provoca que una fuerza centrífuga actúe sobre cualquiera de ellos. Para alguna configuración de este sistema de dos masas (es decir, las separaciones entre ellas y las velocidades), las fuerzas centrífugas debidas a esta curvatura logran equilibrar la gravedad de manera que las masas se asienten en órbita.

En las galaxias sucede lo mismo. Inicialmente, a medida que se forma la galaxia, muchas moléculas de gas comienzan a girar de la misma manera que se indicó anteriormente. Este momento angular inicial se conserva a medida que se acumulan más y más moléculas de gas en esta galaxia y, por lo tanto, retiene esta rotación. El sistema solar también se forma de la misma manera, y la materia forma grumos y se une para formar planetas y así sucesivamente.

Ver: Cómo se forman las galaxias

No estoy exactamente seguro de si esto se aplica al momento angular, pero sé que es cierto para el giro. Cuando las cosas se condensan, comienzan a girar o su rotación existente se acelera. Esto se puede ver fácilmente en forma de estrellas de neutrones, y como ejemplo de aquí en la tierra, un tornado. En el caso de la estrella de neutrones, gira rápidamente, pero antes de colapsar giraba lentamente. Esto se debe a que, a medida que ocurre el colapso, las partículas dentro de la estrella se condensan y, por lo tanto, toda la estrella se condensa, lo que resulta en una rotación acelerada.

No estoy exactamente seguro, pero creo que el momento angular es el resultado del giro y el efecto que tiene sobre la materia circundante.

Los planetas giran cuando se mueve alrededor de una masa central. Esto se debe a que el espín y el momento angular orbital están relacionados. S=m/M L. Por lo tanto, cualquier planeta en órbita debe girar para estar en equilibrio y permanecer en su órbita estable. Esta relación se muestra en un artículo publicado en Astrophysics and Space Science, V.348, 57 (2013) por Arbab AI et al.