电子自旋与等效原理的融洽度
关键字：电子自旋，等效原理，运动差，惯性力，惯性系，非惯性系
1907年，爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》，在这篇文章中爱因斯坦第一次提到了等效原理，提出了封闭箱的说法：在一封闭箱中的观察者，不管用什么方法也无法确定他究竟是静止于一个引力场中，还是处在没有引力场却在作加速运动的空间中。---百度百科
惯性力是指当物体加速时，惯性会使物体有保持原有运动状态的倾向，若是以该物体为参照物，看起来就仿佛有一股方向相反的力作用在该物体上，因此称之为惯性力。它概念的提出是因为在非惯性系中，牛顿运动定律并不适用。但是为了思维上的方便，可以假象在这个非惯性系中，除了相互作用所引起的力之外还受到一种由于非惯性系而引起的力——惯性力。----百度百科
1等效原理的理解
物体在惯性系中不受力，转换到非惯性系中受到惯性力。可见惯性力是由于非惯性系而引起的，因此我们可以说非惯性系对物体产生一个惯性力。在非惯性系中物体受到非惯性系对物体产生的惯性力。在这里，把非惯性系说成惯性力的产生者，不是说惯性力就是真实的力了。（要从运动差的角度理解惯性力，惯性力是由于我们把不同的受力程度作为受力起点造成的）。
这样等效原理就可以理解成，一个物体在非惯性系中受到惯性力与物体在惯性系中受到力产生的作用效果是一样的。物体在非惯性系中受到惯性力与物体在惯性系中受到力是等效的。
2电磁波的相对性
我们认为广义相对性原理是成立的。那么如果等效原理理解成‘物体在非惯性系中受到惯性力与物体在惯性系中受到力是等效的，我们无法区分物体是在惯性系中还是非惯性系中’，把等效原理推之到电磁现象，会得出什么结论？
惯性系中，受力加速运动的电子与非惯性系（加速系）中受惯性力加速运动的电子等效。非惯性系中受惯性力加速运动的电子在惯性系看来是静止的。
惯性系中，变速运动的电子与非惯性系（变速系）中受惯性力变速运动的电子等效。非惯性系中受惯性力变速运动的电子在惯性系看来是静止的。
这样变速运动的电子在惯性系看来产生电磁波；在非惯性系中受惯性力变速运动的电子也产生电磁波。这样一个在惯性系中静止只有电场的电子在非惯性系看来就会产生电磁波。这样电磁波的产生就是相对的了。
这样一个静止不变的电场在另一个参考系看来就是变化的电磁场，产生电磁波。反之，一个变化产电磁波的变化的电磁场，在另一个参考系看来就会变成静止不变的电场（或磁场）。
这样电磁场的变化具有相对性。
3量子力学解释电子自旋的不足之处
1925年古兹米特和乌仑贝克根据施特恩-格拉赫实验等许多实验事实，发展了原子行星模型。提出电子不仅有轨道运动，还有自旋运动，它有固有的自旋角动量S.1928年P.A.M.狄拉克提出电子的相对论波动方程，方程中自然地包括了电子自旋和自旋磁矩。电子自旋是量子效应，不能作经典的理解，如果把电子自旋看成绕轴的旋转，则得出与相对论矛盾的结果。
根据上面等效原理的理解，如果电子自旋是经典的宏观自旋即原子行星模型，那么，在惯性系中电子的自旋与在非惯性系（旋转系）中电子受到惯性力自旋一样。这样我们就可以把电子的自旋问题转换到非惯性系电子的自旋问题。电子静止或匀速运动，把旋转的外磁场作为非惯性系，那么在非惯性系看来，电子产生自旋磁矩，电子的运动轨迹应该发生变化。
这样如果实验证明电子的运动轨迹确实发生变化，就是说宏观的电子自旋会产生自旋磁矩与电子微观的自旋产生同样的效应。那么微观的和宏观的电子自旋都可以用宏观原子行星模型解释，那么量子力学解释就会变得多余。同时，如果电子的自旋是宏观的概念，那么电子自旋就是超光速的，相对论就是不对的，这也是与2电磁波的相对性的结论是一致的。
根据等效原理的理解，物体在非惯性系中受到惯性力与物体在惯性系中受到力是等效的，那么物体在惯性系中受力产生的作用效果可以通过转换到非惯性系，来叠加或抵消。那么一个自旋的电子可以通过非惯性系来叠加或抵消。
碱金属原子束通过不均匀的磁场后分裂成两束，那么如果旋转磁场会怎么样？
检验运动的电荷在磁场中受力实验，我们知道电子通过外磁场的时候，轨道发生变化，不论电子是否自旋，我们把外磁场旋转，根据上面等效原理的理解，那么外磁场旋转就相当于电子产生自旋，按照古兹米特和乌仑贝克电子自旋假说那么电子自旋产生自旋磁矩，在外磁场中运动轨迹发生变化。我们知道事实确实如此，电子在外磁场旋转的情况下，运动轨迹发生变化。（在这里，在惯性系看来，电子没有自旋，磁场发生旋转；在非惯性系（例如磁场）看来，非惯性系（磁场）没有旋转，是电子在旋转。）
因此，古兹米特和乌仑贝克电子自旋假说是正确的，相对论与光速绝对不变是错误的。
4那么为什么电子自旋与外磁场自旋等效呢？
我们通常虽然也说运动是一种相对运动，是相对于参考系说的，但我们认为运动是一个物体的性质，一个物体由于惯性保持速度不变。外力可以改变这种运动状态。但我们通常指的运动其实是两个物体的运动差。我们用运动差表示一个物体的速度。用参考系与物体的运动差表示为物体的速度或其他。或说用物体的速度表示两个物体的运动差。这样两个物体运动差的改变就变成一个物体的运动状态改变。
运动差的改变与力有关。力是物体运动状态发生改变的原因，两物体的运动差发生改变，必有力作用在其中一个物体上。与选择哪个物体作为参考系来描述运动差无关。运动差的改变与力有关，不论是参考系受力，还是其他物体受力，力改变运动差的效果是一样的。从这个角度说两者等效。这样在惯性系中电子自旋是电子受力产生加速度；在非惯性系中电子自旋是由于非惯性系的旋转，由于非惯性系受力产生加速度；无论是电子受力自旋还是参考系受力旋转，力改变电子与参考系间运动差的效果是一样的。
参考文献：【1】《广义相对性原理独特视角》中国论文下载中心吴兴广【2】《运动认识--运动差》新浪博客【3】《电子自旋--理论物理导论》百度文库minmindou2【4】《空间运动说》百度文库小马吃鱼【5】《惯性力与牛顿第三定律矛盾解决的切合点》西陆论坛【6】
《时间的本质之时间的由来》百度文库小马吃鱼【7】《真空是一样的吗》百度文库【8】《同时的相对性的衍生问题》
吴兴广2013-3-1622:19:09
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