Does the electron spin exhibit superluminal phenomena?原创作者:徐政龙 2020年11月12日 先摘来一段故事: 克罗尼格(Ralph Kronig)是美国哥伦比亚大学的博士生,1925年1月,他提出了电子自旋的假设,但还未发表,此时,他正在德国物理学家朗德的实验室访问。巧合的是,泡利也在此访问,于是克罗尼格见到了早已名声在外的泡利,并向泡利提起自己电子自旋的设想。泡利可是出了名的尖刻和爱挑刺,他经常毫不留情面地批评其他人,同时他的指责也有非常严谨的理由。当泡利听了克罗尼格的想法,随即给了他一顿批判,而且毫不留情面,并严厉地指出,如果电子存在自旋,那么为了产生足够的角动量,电子假想赤道表面的线速度将超过光速,这是相对论不容许的。遭受打击的克罗尼格,一下对自己的研究失去了信心,使得克罗尼格并没有发表他那开创性的论文(参考文献)。 后来泡利自己认了错,接受了克罗尼格(Ralph Kronig)关于电子自旋的观点,还创立了泡利矩阵。但关于电子自旋的问题,迄今为止依然没有一个令人信服的解释。目前物理学的解释是:粒子的自旋并非经典的旋转概念,而是基本粒子的内秉属性,和质量、电荷的概念是一样的。(参考文献) 泡利为什么说“如果电子存在自旋,那么为了产生足够的角动量,电子假想赤道表面的线速度将超过光速,这是相对论不容许的”? 我们用泡利的观点来分析电子自旋现象。 电子质量为,电子半径,赤道处速度为v,光速为c,降阶普朗克常量为,自转角速度为,自旋角动量为. 如果把电子当做一个刚体球,那么,它的转动惯量 赤道处的线速度为 自转角动量为 而量子力学发现的电子自旋角动量为 联立(2)(3)(4)得到 由(5)解得电子赤道处的线速度 计算的结果是电子赤道的线速度是光速的173倍,即超过了光速。所以,泡利说,如果电子自旋使得电子带有角动量,那么,就要违反相对论。 事实是,恰恰是泡利没有应用相对论。如果应用相对论,那么,电子的赤道速度就不会超光速。 下面应用相对论对计算做一个粗略的改进。 电子绕自转轴旋转,内部物质都是作超流运动,即电子上任何一处的物质都可以接近或等于光速绕轴旋转,所以,电子的质量用代替,(5)式改为 由此解得 式中分母中,比小两个数量级,如果把计算在内,计算的结果是;如果忽略分母中的,计算的结果。综合起来说,。所以,电子自旋产生角动量的观点完全符合狭义相对论。 泡利对相对论也是一窍不通。电子自旋产生足够角动量的观点符合狭义相对论。一个物理学史上的难题就这样被轻而易举地解决了。 参考文献 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1593934802938774504&wfr=spider&for=pc |
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