粒子为什么会自旋,粒子为什么会自旋

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 。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 。
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粒子为什么会自旋?

粒子为什么会自旋,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,
【粒子为什么会自旋,粒子为什么会自旋】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,在原子的内部,其绝大部分空间都是空的,质量只集中在很小的区域 。后来,随着量子力学的发展,使我们逐渐地认识到,原子的体积仅只是电子高速运动所产生的封闭体系,即物质是不实的,此外,在1900年,德国物理学家普朗克为了避免连续的能量会集中在能量高的紫外端辐射??即为了避免紫外灾变,在其新的黑体辐射公式中提出了一个常数h,该常数的量纲是粒子的角动量,具有相对于粒子能量的不变性 。

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