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。

因此，我们说自旋只微观粒子的一个内禀属性，就好像我们说粒子的电荷、质量一样，是粒子的一个固有性质，它的取值满足一定的关系，仅此而已，不要把它“形象地”理解为粒子在自转才好。