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經典力學中的自轉,是物體對於其質心的旋轉,比如地球每日的自轉是順著一個透過地心的極軸所作的轉動RalphKronig,GeorgeUhlenbeck與Samuel Goudsmit三人所開創他們在處理電子的磁場理論時,把電子想象一個帶電的球體,自轉因而產生磁場。然而爾後在量子力學中,透過理論以及實驗驗證發現 “(1)基本粒子可視為是不可分割的點粒子”,是故物體自轉無法直接套用到自旋角動量上來,因此僅能將自旋視為一種“內在性質”,為粒子與生俱來帶有的一種角動量,並且其量值是量子化的,無法被改變。我想問下:自轉與自旋的區別就是因為地球的自轉是因為地球繞著內部的軸,且地球可視為一個可分割的質點所以叫自轉;而電子自旋主要是由於它可以可視為不可分割的內質點。一些星體也會逆轉,就像電子向上旋轉與向下旋轉,我感覺他們是一樣的,除了這一點:粒子的自旋數可以是1和0,也可以是1/2和2(理論上也可以是3/2等),而天體的自旋只能是0(360度,黑洞)和1(其它天體)。寫到這我還想知道更多自轉與自旋有沒有別的更多的區別:課本上基本沒有,基本上是搜的。1請問自轉與自旋的區別?2在量子力學中,自旋是粒子所具有的內在性質。我認為地球自轉也是內在的性質,對麼?3在拓寬點,是不是自轉與自旋還有別的不一樣?謝謝!謝謝!
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  • 1 # 老王眼中的娛樂

    先回答2:地球自轉並不是內在性質。如果地球不轉了,它還是地球,但是粒子如果自旋不一樣,它就是一個新粒子。

    所謂內稟角動量,和質量、電荷一起,描述粒子的基本特徵,任一數值不同,即代表其物理性質不同,與外界作用的方式也會不同,或者說它已經不再是它了。所以說是內在性質。但是地球是否自轉,並不改變地球本身的物理性質;雖然會影響磁場和大氣環流,但是在更基本的層面上看,組成地球的物質沒有變,地球還是地球。

    當然你也可以說,地磁場亦是地球的特徵之一,自轉影響地磁場,故影響地球的物理性質——這種觀點是把地球作為一個整體來考慮。然而在地球和其他天體發生作用時,是靠引力而非電磁力。即使地球不自轉,它和其他天體的相互作用仍然基本不變。假若外星人從遠方觀測,地球是否自轉,不影響地球和太陽系的關係;但是粒子如果具有不同的自旋,則會對其所在系統產生巨大影響。

    想像一下,地球不轉,它還會在這裡待著,太陽系也好好的。粒子自旋如果改變,它會立即脫軌、變軌甚至與其他粒子撞擊湮滅。從這個角度說,地球自轉相比之下是“外在”的,它並不影響地球的存在;而粒子自旋是極其重要的內在性質,因為它是粒子在某種狀態下能否穩定存在的基礎要素。

    注意,上段最後一句話其實應該反過來說。我現在回答你的1和3。正是粒子的某種基礎要素,決定了粒子的一系列穩態,以及它的自旋。這種基礎要素是什麼,人類難以想像;但是這種東西造成了磁場變化,並可以用角動量公式來估值,因此科學家把它叫自旋,其實它根本不是真的粒子旋轉(如果粒子真的“旋轉”,其外表面速度會超光速,違反狹義相對論)。

    說得再清楚些,自旋是觀測效果上的旋轉(例如磁矩轉動),它表示粒子放射的能量、與外界的作用,按一定的機率、符合一定的週期和方向特徵,因此“看起來”像旋轉效果,並且也可以用旋轉來計算(事實上角動量也是要按機率來算平均值,而不是固定的)。但這並非粒子本體在轉動!為什麼呢,因為在量子力學中,粒子不是一個跑來跑去的質點,而是一團機率雲,這團雲中的每一個點都是它自己,我們無法簡單認為粒子是繞著某個空間點轉動的。

    打個不太恰當的比方:你有一個燈塔它兩側發光,5分鐘轉動一週,這是真實的旋轉。現在你有一個手電筒大隊,一萬個人各持手電,雜亂站立,位置和方向都混亂不堪。注意所有的人都不準移動和轉動;他們只能做“開手電”和“關手電”兩個動作。現在我們在每個時刻,令其中一部分人開手電,這些人的位置各不相同,可能在人群這一頭或是另一頭,但他們的手電方向一致。下一時刻,我們叫這些人關手電,而令另一部分人開手電。

    現在飛到高空觀測。任一時刻,開啟的手電群形成一道“集束光柱”,每一時刻的“集束”方向不斷變化。透過適當的命令,可以營造出旋轉效果。我們在高空遠遠望去,像是一個大燈塔,按照固定的規律旋轉;但實際上呢?不論是人還是手電筒都沒有任何轉動動作!

    (注意這是類比,不是粒子或電子雲的真實運動狀態。)

    現在歸納一下:粒子除了質量和電荷之外,還有一種“不知道是什麼”的物理特性;這種特性令粒子“看起來”像在轉動,並且這種“轉動”效果可以透過磁場、角動量公式等來計算其平均期望值。我們不知道怎麼描述這種特性,只好根據其(機率相對穩定的)外在表現效果,把它稱為“自旋”,這是一種簡單化的代稱,並不是說粒子真的在旋轉。因此粒子自旋和地球自轉不能混為一談。

    再補充一點,你說天體“自旋”只能是0或1,粒子則有多種自旋值。但是,自旋為0或1(或其他整數倍)的粒子恰恰無法形成物質,更不用說與天體類比了。它們是用來傳遞力的。自旋為半整數(例如1/2)的粒子才用來構建物質。從這裡可以側面看到粒子自旋和天體轉動根本不是一個概念。(可參考查詢玻色子和費米子進一步瞭解)。

    我的知識只能解釋到這裡,如有謬誤請網友指出。樓主你可以用我說的這些來參考理解,但如果真想深入研究,還是去認真學量子力學入門書比較好。這個領域中很多方面容易被誤解,因為一些東西只是代稱,而真實概念大不相同,其概念和邏輯也和現實生活不是一個思路,故還是認真看理論書最準確。

  • 2 # 智品論

    試著解答一下吧

    首先關於星球的自轉,多可以理解為圍繞一個軸心旋轉的運動,也就是僅存在兩個分量的旋轉,以地球為例,存在南北極軸心的定位旋轉,當然了,你可能會說南北極磁極最近也在移動啊,沒錯,但是轉動角也會跟隨調整。

    而自旋在量子領域的概念,確是三分量的立體旋轉,也就是說,這種旋轉並非在一個水平面完成。所以兩者旋轉方式上是完全不同的。

    我們再說第二個問題,假設星球停止轉動了,首先帶來的問題就是地震,磁場紊亂與撕裂,隨後是軌道偏移,單這些只能說是科幻,因為要存在一個可以制動星球旋轉的力量目前看是不可能的,也是不合理存在的。

    但是如果量子領域自旋停止了,首先這個基本粒子的性質就會改變,存在兩種型別的粒子,一種是整數週期旋轉的,一種是非整數週期旋轉才能歸位的,整數週期的屬於玻色子系列,非整數週期歸屬到費米子,各自有不同的性質和作用。

    假設一個粒子旋轉運動真的莫名其妙停止了,那麼這個粒子很可能就神一般的變成了自旋為零的玻色子,性質則成為了一種傳遞場介質。當然了,這種突然暫停在現實世界也是無法發生的。否則世界早就一片混亂了。

    不過從另外一個角度來看,微觀世界,確實在某些方面像極了我們的宇宙,例如原子核與電子之間的關係類似星系運動,但是又有區別,以我們現有能力解釋不清,這就是神奇的宇宙吧

  • 3 # 紹明6481

    任何自轉與旋轉都是有動能,這包含量子動能。地球自轉同公轉,都是太Sunny的動能。光能有二種力場,一是引力與斥力對抗,空氣流動,水的環流,都是光能的作用,物體吸收了光能會膨脹,失去能量會收縮,這是光能的第一個力場。地球吸光,第二個力場,就是電磁力場,光能量在地球磁場的作用下,轉化電子,轉化過程產生動力,使地球自轉,當地球物體吸收電能時,也會產生公轉,這是電磁的斥力與引力的作用。在物理學,一切運動的物體,都要有不運動的物體作為反作用力,太陽是不運動的,才能有地球自轉同公轉,如果這原理不去認識,那麼任何科學都是在猜想的,不是唯物論。

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