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  • 1 # 科學聯盟

    題主你好。絕對不能用自轉去解釋自旋!自旋是時空內部對稱性的反映,自轉則是空間外部對稱性的反映,二者根本不是一回事!當年施特恩與格拉赫發現自旋,在很長一段時間內沒有人能解釋它。直到英國物理學家狄拉克將狹義相對論和量子力學聯合起來構造了狹義相對論性量子理論,才徹底弄清楚了自旋是什麼。自旋其實是狹義相對論效應在微觀世界的反映,施特恩和格拉赫的工作其實驗證了愛因斯坦提出的狹義相對論不僅適用於宏觀世界也適用於微觀世界。

    簡單來說,自旋是三維時空對稱性的體現,所謂三維時空指的是兩維空間和一維時間形成的、閔可夫斯基時空的子空間。而自轉則是純三維空間對稱性的體現。所謂純三維空間指的就是我們生活的三維空間。換句話,自旋也存在經典解釋。只不過我們只能感受到三維空間的轉動,無法感受到時間-空間是怎麼轉動的,所以也就無法感受到自旋。其實時空的轉動我們是可以感受到的,只要我們的速度足夠快就行。

    但是粒子本身存在量子效應,因此我們不得不考慮量子理論下的自旋。自轉是有量子理論對應的,也就是所謂的空間角動量。而自旋依然有量子對應,我們稱之為自旋角動量。描述自旋角動量的思路與描述空間角動量的思路差不了多少。甚至來說,我們是照搬了空間角動量的描述方法,在沒有求解三維時空的轉動本徵方程情況下,就把純三維空間的轉動本徵方程拿過來用了。原因很簡單,只需要對三維時空做維克轉動,就能將之變成純三維空間!在複變函式意義上,兩種轉動方程是一樣的。這裡簡單解釋一下自旋取值為什麼是1/2的整數倍。這和自旋的對稱性有關,自旋的對稱群是SU(2)群,該群的伴隨表示維數是3,對應三個泡利矩陣。任何一個泡利矩陣的本徵值都有兩個。結合空間角動量的一般理論可知,一個泡利矩陣可以看成是自旋角動量的某一個分量(差一個常係數),而自旋角動量本徵值的個數N等於自旋總角動量平方的本徵值

    之間滿足:m=2s+1。又因為m=2,所以s=1/2。這個解釋只要是學過一點量子力學都能接受。

  • 2 # 艾伯史密斯

    答:不能,量子力學中微觀粒子的自旋,是粒子的內秉屬性,猶如質量、電荷一樣,只是和普通物體的自旋有點相似而已。

    如果用普通物體的自旋轉來解釋,會出現一些問題,我們用電子自旋來說明:

    1、這個解釋意味著電子有內部結構,那麼為了使得電子擁有足夠的角動量,電子假想赤道的線速度將超過光速,這是狹義相對論禁止的。

    2、該解釋需要考慮電子內部的電荷分佈問題,而帶電粒子的旋轉,將伴隨著能量的損失,這會導致電子的“蒸發”。

    3、該解釋無法解釋空間角動量為半整數的情況。

    4、對於光子這樣的無質量粒子,將得到角動量為零,實際上光子角動量為1。

    ……

    以上四點,是該解釋無法避免的,本質上是因為量子力學中的自旋,和普通物質的自旋轉不一樣,兩者有本質的區別。

    我們只需要知道,基本粒子的自旋是粒子的內秉屬性就行,當然我們在作圖分析時,畫它的自旋影象,可以更形象地讓我們進行分析和研究。

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