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这意味着自旋和能量一样,是另一个量子化的性质。
[1]
从这一点上来说,不再使用“自旋”
这个词而改用“磁荷”
之类的说法是合情合理的。
但所有人都固执地选择“自旋”
这个词,而且为了方便,施特恩和格拉赫称之为“上旋”
和“下旋”
,而不是顺时针和逆时针(关于自旋和磁性更详细的讨论,参阅附录Ⅰ)。
之后,物理学家沃尔夫冈·泡利对薛定谔方程进行了适当的修正,他把自旋的影响考虑在内,得到了泡利方程。
泡利不擅长做实验,他在这方面的名声甚至比海森堡还差,以至于他的同事把他进入房间时设备的自发故障称为“泡利效应”
。
但和海森堡一样,泡利也是出类拔萃的理论物理学家,他的方程是一个奇妙的修正。
当我们测量一个粒子时,薛定谔方程告诉我们它的可能位置,而泡利方程告诉我们它的可能自旋。
我们对“波函数”
的定义应该扩展到粒子可能具有的所有属性,包括自旋、能量、动量、位置、最喜欢的电影以及我们想知道的任何东西。
电子的选择
那么,我们使用施特恩-格拉赫通道,根据自旋把电子分为两束,一些电子上旋,另一些电子下旋,各占一半。
现在,想象一束全部上旋的电子,让它们通过第二个通道。
纯属娱乐。
该电子束中的每个电子都像预期的那样沿直线穿过通道。
我们发射上旋的电子,所以它们很自然地都只向上偏转。
但现在,假设我们把第二通道旋转90度。
这束上旋的电子会一分为二,这一次是左旋或右旋。
显然自旋是由我们所观察的轴决定的,所以如果我们把磁铁横向放置,就会得到左旋或右旋的电子束。
我们已经把所有电子分为上旋和下旋两类,接下来把上旋电子分为左旋和右旋两类。
现在,我们让上旋-左旋电子通过另一个通道,这次的通道与第一个一样是纵向放置的。
进入通道的是一束上旋-左旋电子,所以很明显,从通道另一边出来的将是一束上旋电子。
但事实并非如此:有50%的电子变成下旋。
不要倒“下”
想象有一群人,我们让他们去医院门诊验血。
首先,我们把A型血和B型血的人分开;接着,我们带着A型血的人去第二个门诊,区分A+型和A-型;之后,我们把A+型血的人带回第一个门诊,却发现其中有人自动地变成了B型血。
这就是电子自旋做的事情。
为什么会这样呢?
我们先前的假设是:上旋电子通过左旋/右旋通道后仍然是上旋的。
但这并不能解释我们实际看到的情况。
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