讨论完粒子的普适性,再来说说现在的认知粒子。现在只要提到粒子,反应几乎都是指具有静止质量的微观物质,如原子、质子、中子、电子等。大量实验证明,这些微观物质中的粒子是自旋的,没有发现不自旋的粒子。我们对粒子自旋的理解也不例外。我们需要把粒子的形成和它们的外部环境结合起来,而不是武断地把自旋归结于粒子的内在属性。

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,

为何粒子都有自旋?

谢谢@问答邀请!首先要确定问题里提到的粒子概念,在物质世界里,应该说每一个个体,相对于其它物质,都是一个粒子,大到日月星辰,小到现在还不能发现认识的渺观物质颗粒。按照这个定义,对照一下常见的人与其它动植物,一个明显的答案是有些物质没有自旋,其实这是偷换概念、或者说是断章取义,之所以说比如足球在静止状态下没有自旋,那是把它与母体割裂开来看的,就比如说胎儿为什么不能独立一样。

应该认识到,当一个物体没有脱离母体控制时,它只是母体的一部分,这时的自旋特征是母体,而不是母体的一部分,所以说足球不自旋是错误,而足球所在的地球在自转,讨论过粒子的普遍性,然后再说目前认知上的粒子,现在只要提到粒子,反应几乎都是指原子、质子、中子、电子等有静质量的微观物质,而这些微观物质里的粒子,大量实验证明,都在自旋,还没有发现不自旋的粒子。

为什么微观粒子都存在自旋,如果不自旋会怎么样?

对于一个人的行为,可以简单的用“他就是这么一个人”来解释,也可以根据其生长的家庭环境和大的社会背景来予以理解,实际上,不只是人,自然界中的任何物体都不是完全独立和自由的,都会受到其存在的物理背景的影响与束缚。比如,任何物体的运动速度都是不能超过光速的,因为光速是量子空间的传播速度,我们对于粒子自旋的认识也不例外,需要结合粒子的生成与其外部的环境来认识,而不是武断地将自旋归结为粒子的内在属性。

因为,后者并没有给我们的认识带来更多的信息与知识,在一百多年以前,人们对物质的认识是凭着直觉,认为物质是实体。比如,英国科学家‍汤姆逊提出了面包加葡萄干的模型,认为在原子的内部充满着质量并于其表层镶嵌着电子,然而,新西兰人卢瑟福用阿尔法粒子轰击原子(金箔),其意外地发现,只有极少数的粒子被反射了回来。

这说明,在原子内部,它的大部分空间是空的,它的质量只集中在很小的区域。后来随着量子力学的发展,我们逐渐认识到原子的体积只是电子高速运动产生的封闭系统,也就是物质是不真实的。此外,1900年,德国物理学家普朗克在他的新黑体辐射公式中提出了一个常数H,以避免连续的能量集中在高能紫外辐射上,即避免紫外灾变。这个常数的量纲是粒子的角动量,它对粒子的能量是不变的。


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