如果把自旋看成是粒子的经典旋转,就违背了相对论。这是因为你可以计算电子的自旋线速度。计算过程如下。关于粒子的自旋,很多中国物理学家认为这个名字不合适,而更喜欢用英文名字spin。原因是自旋让人听起来好像粒子在旋转。后来人们陆续发现了其他基本粒子,同样的自旋现象也存在。

粒子为什么会自旋?

粒子的自旋和平常我们见到的物体自转地球自转这些可不是同一种物理机制,这在量子力学的教科书上是早就明确说过的。首先,宏观物体自转,比如说地球的自转吧,它的背后是角动量守恒这一物理学定律。物理学上有一个很有威力的定理,是一个叫做诺特的女数学家证明的,所以叫做诺特定理。诺特定理告诉我们,一个连续的对称性背后一定会有一个相应的守恒定律。

物理学家将这个定理应用到我们的时空中,由空间平移对称性得到动量守恒由时间平移对称性得到能量守恒。而相应于空间转动的对称性,也就是你说的自由实体会自转,并且在没有外力作用下根本停不下来,这个对称性背后相应的定律就是角动量守恒定律。但是微观粒子的自旋并非是空间转动对称性所导致的,它的来源是在狄拉克方程中。

由于狄拉克方程是相对论性的方程,而在我们取非相对论近似后得到的克莱因-高登方程中自旋的效应就会被抹去,因此我们也说粒子的自旋其实是一种相对论性效应。其实关于粒子的自旋,有不少中国物理学家认为这个名字起得并不恰当,而更爱使用spin这个英文称呼,原因就是自旋让人听起来似乎是粒子在转动。如果把自旋看作是粒子的经典自转,就会违背相对论,这是因为你可以计算电子的自旋线速度,计算过程如下:得到的答案超过了光速——这和狭义相对论是矛盾的。

答电子自旋的发现故事,得从一位奥地利物理学家泡利说起,不过泡利在其中扮演的是\

电子自旋是如何被发现的?


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