环球物理2016-04-09 07:10:56
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说到自旋，就不得不把泡利给请出来（他是个有着”毒舌“称号的人）。1921年，泡利在导师索末菲的帮助下终于拿到了哲学博士学位，而这时候的海森堡则更像是一个年轻的小学弟，他也师从索末菲，不过这才是他的第一年。
海森堡的确很聪明，在1924年的时候，他已经独立创立了一套符号，去解释波尔的“原子结构模型”——而这正是后来鼎鼎大名的矩阵力学的原版。不过即使聪明如海森堡，却也经常遭受泡利的臭骂。海森堡在获得诺奖后，曾笑着对记者坦言泡利不止一次地骂他“你是个彻头彻尾的蠢驴”。
然而这个“蠢驴”却先于他的师兄做出了重大发现，这当然让泡利很是郁闷。不过，几个月后（确切的时间是1925年1月16日），泡利终于还是提出了著名的“泡利不相容原理”。大意是说，原子中不能同时容纳两个运动状态相同的电子，泡利认为电子有四个自由度，除去电子层、电子亚层、电子云伸展方向三个自由度外，还有第四个自由度，可这第四个自由度究竟是什么他自己也一直搞不清楚。
泡利曾设想过电子是不是有自旋这个问题，可他很快否定了自己的想法。因为理论上讲，自旋电子的边缘线速度超过了光速，这根本就违背相对论，属于大逆不道。
几乎同时的时间，美国的物理学家克罗尼格也提出了电子自旋的想法，他急切地想与泡利讨论，可泡利认为电子自旋是一种毫无根据的假设，他说：“你的想法很聪明，但大自然并不喜欢它”。于是，克罗尼格胆怯了，相信了泡利的话。然后就是，这样一个重大的发现竟这样与他擦肩而过了。
俗话说“东边不亮，西边亮”，克罗尼格（Ralph Kronig）的确不幸，但隐藏在自然中的秘密终究要被揭示。同年的十月，乌伦贝克和高斯密特已经摩肩擦掌，电子自旋——这个被泡利（Wolfgang E.Pauli）视作经典力学中的怪物，终于还是在这个新奇的世界扎下根来了。
现在我们把目光转向荷兰的莱登大学（Leiden University），1925年6月， 在伟大的物理学家埃伦费斯特（Paul Ehrenfest）的劝说下，本想要转行从事历史研究的乔治·乌伦贝克（George Uhlenbeck）勉强答应做了他的研究助手。同年夏天，高斯密特（S.A. Goudsmit）也被请来，负责教授乌伦贝克有关光谱学的知识。
二人定期在海牙聚会，高斯密特同他交流的当然是些原子光谱结构之类的东西，不过乌伦贝克也会向高斯密特灌输些经典物理的知识。到了夏天快要结束的时候，二人已经隐约地感觉做出了一个重大的发现，他们推想“泡利不相容原理”所指出的电子的第四个自由度应该是自旋！
他们两人激动不已，埃伦费斯特很赞赏他们的观点，建议他们写成论文。很快，他俩将写好的短文交给埃伦费斯特，请求他给推荐到《自然》杂志发表。然而，对于自旋背后真正的物理意义，二人其实并不理解，他们很想去听听当时的物理学权威——洛伦兹（Hendrik Antoon Lorentz）的意见。不过，高斯密特因为要去阿姆斯特丹，于是乌伦贝克准备只身前去请教洛伦兹。
洛伦兹答应帮他们想一想，请他一周以后再来。等到乌伦贝克再次登门时，洛伦兹拿出很厚的一叠稿纸，上面密密麻麻写满了算式。洛伦兹对他说：“是的，这（电子自旋）是困难的，它会导致电子的自能出现错误”。
于是，他们急忙跑去找埃伦费斯特，请求老师拿回稿子。但是埃伦费斯特早已把稿子寄给了《自然》杂志，杂志社已经同意发表且已排版准备印刷了。乌伦贝克和高斯密特简直懊恼极了，埃伦费斯特安慰他们还年轻，做点蠢事不要紧。他原话说：“这是个很好的想法，尽管它可能错了。不过既然你们都还没有名声，那其实也没失去什么。”
然而，当文章登出后第二天，海森堡（Werner Heisenberg）就写信给他们，对于他们的勇气给予鼓舞。恰巧当时，莱登大学正举行活动——庆祝洛伦兹得到博士学位50周年。爱因斯坦和波尔也前去祝贺，他们也听说了乌伦贝克和高斯密特的工作，并对他们大加赞赏。很快，整个物理学界似乎都接受了这个观点，但有一个人仍坚持反对，你没猜错，这个人就是泡利。
后来，波尔邀请乌伦贝克和高斯密特去哥本哈根，当高斯密特要乘火车返回海牙时，波尔建议他可否先停道汉堡，去和泡利解释一下自旋问题。可糟糕的是，高斯密特本人对电子自旋也没能完全搞透，他自然不能说服泡利。不过，再后来，他收到了一张来自泡利的明信片，上面说他已经接受了自旋。
当然，因为乌伦贝克天才般地想出了电子自旋这一东东，也最终促使他放弃了成为一名历史学家的念头。
文章选自《物理小识》感谢原作者，如有侵权，请告之删除，谢谢
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电子自旋切向速度超光速的问题是怎么解决的?
原子物理书上说,电子自旋的角动量只有两个分立的值,即s=1/2*h/(2*pi), s=-1/2*h/(2 原子物理书上说,电子自旋的角动量只有两个分立的值,即s=1/2*h/(2*pi), s=-1/2*h/(2*pi) .但是书上又说：如果把电子档做一个小球,绕自身旋转的话,这样算出来的电子的表面上切向线速度将会远远大于光速.我自己算过了,确实是这样.我就非常奇怪,书上后面的推导全部以前面的假设为基础,但是却没有解释超光速的问题到底是怎么回事?我想知道到底在物理上超光速的问题怎么解决的*pi) .但是书上又说：如果把电子档做一个小球,绕自身旋转的话,这样算出来的电子的表面上切向线速度将会远远大于光速.我自己算过了,确实是这样.我就非常奇怪,书上后面的推导全部以前面的假设为基础,但是却没有解释超光速的问题到底是怎么回事?我想知道到底在物理上超光速的问题怎么解决的
?抓杀权限93?2014-12-01
优质解答
这里关键在于自旋与轨道角动量不是一回事,即自旋不是电子“内部结构”的旋转
而产生的,不能用旋转来解释,它纯粹是一种量子性质,可以认为是轨道角动量算符在
内秉空间的推广而得到的一个新的量子数.
当然,在dirac方程中,这是为了获得一个总角动量守恒的量而引入的.目前看,这
些性质都是内秉的,究竟有没有更根本的东西,并清楚地告诉我们这里没有和相对论矛
盾,彼此能融洽,那只有进一步研究了.
?笑虐绵阳狗52?2014-12-01
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