進(jìn)一步研究表明,不僅電子有自旋,中子、質(zhì)子、光子等所有微觀粒子都有自旋,只是數(shù)值不同 。電子的自旋實(shí)際上是微觀粒子的一種性質(zhì) 。這是大家認(rèn)為電子會自旋的時(shí)候都想知道的問題,都想知道是什么原因?qū)е滤孕??;氐诫娮拥淖兓?,比如電子煙在陽光下的熄滅,生化反應(yīng),燃燒,爆炸等 。,都是電子的類型發(fā)生變化,引起其他事物發(fā)生變化的過程 。如前所述,形成電子的物質(zhì)基礎(chǔ)是被改變電子的原始空間運(yùn)動動力學(xué) 。它們能在哪里被創(chuàng)造出來并從能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化為物體狀態(tài)?它們的位置主要出現(xiàn)在恒星之間的動態(tài)平衡區(qū) 。恒星的能量主要是由恒星自旋產(chǎn)生的內(nèi)壓導(dǎo)致自身電子變形而產(chǎn)生的 。因?yàn)楹阈堑淖孕莾?nèi)部環(huán)境,恒星的外部環(huán)境是恒星的外部環(huán)境,但它們是星系的內(nèi)部環(huán)境 。恒星變化多少由你決定,而且必須與星系同步,星系必須與多星系超多星系同步,這就導(dǎo)致了恒星的壽命不同 。所以,恒星發(fā)光的原因不是燃燒或者核聚變那么簡單 。
自旋是什么概念,為什么要用1/2表示電子的自旋?
自旋(spin)字面的意思是自己圍繞自己轉(zhuǎn)的意思 。有一種常見的類比,把電子的軌道運(yùn)動類比為行星圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的軌道運(yùn)動,而把自旋類比為行星自己圍繞自己轉(zhuǎn)的運(yùn)動,這種類比很形象,但可惜是錯(cuò)的 。在量子力學(xué)中,電子的運(yùn)動是用波函數(shù)來描述的,嚴(yán)格說講電子能圍繞原子核做軌道運(yùn)動也不對,我們可以用一系列復(fù)函數(shù)ψ(x,y,z)來描述電子在原子中的運(yùn)動狀態(tài),這些波函數(shù)可以按照主量子數(shù)n,角量子數(shù)l和磁量子數(shù)m進(jìn)行分類 。
粗略的說n反映了電子離原子核的遠(yuǎn)近,l反映了電子本身具有軌道角動量的大小,而m反映了電子軌道角動量在z方向的投影的大小,如果l和m的取值不為0,電子將在z方向上具有非0的磁矩 。磁矩就相當(dāng)于是一個(gè)小的磁鐵,如果電子的磁矩不為0的話,我們很容易通過物理實(shí)驗(yàn)檢測出來,比如塞曼效應(yīng),比如斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)等 。
斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的核心是非均勻磁場,z方向具有不同磁矩的原子會在非均勻磁場中受到不同的力,然后分開出射,換句話說我們可以根據(jù)原子束分開的大小(及其他實(shí)驗(yàn)參數(shù))來倒推出原子中電子的磁矩在z方向上的取值,在量子力學(xué)中,電子在原子核附近的運(yùn)動是可以嚴(yán)格求解的,求出來的結(jié)果是l等于0和正整數(shù),m的取值是-l,-(l-1),...,0,1,2,...,l,對相同的l,m的取值有2l 1種取值的可能性 。
這意味著斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)中原子束的分裂只能是奇數(shù)條,但斯特恩和蓋拉赫對銀原子的實(shí)驗(yàn)表明,銀原子束分裂成了兩條 。這說明m的取值是兩種可能性,一個(gè)合理的猜測是銀原子中的外層電子具有自旋角動量s等于1/2,自旋角動量在z方向的取值是-1/2和1/2兩種取值的可能性,但我們沒法把s=1/2歸結(jié)于有限大小的電子自己圍繞自己旋轉(zhuǎn)的后果(地球自轉(zhuǎn)的圖像) 。
【電子為什么自旋,如何理解電子的自旋】因?yàn)橹灰僭O(shè)電子具有有限的大小,這個(gè)量子力學(xué)方程對角動量的解只能導(dǎo)致整數(shù)解,而我們現(xiàn)在需要的是1/2,這個(gè)問題最終要等到狄拉克寫出電子的相對論性量子力學(xué)方程才算解決 。我們一般用一個(gè)二分量的列向量來表示自旋1/2,比如:我們發(fā)現(xiàn)這里對α和β,確實(shí)周期是4π,也就是科普書中常說的轉(zhuǎn)兩圈回到初始狀態(tài),這里所謂轉(zhuǎn)兩圈是表示自旋的波函數(shù)(態(tài)矢量)經(jīng)歷了一個(gè)α-
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