微观粒子自旋怎么理解

第十四章：粒子的自旋——是你不能想象的事情！

上一章我们介绍了泡利不相容原理，很明显这个理论和粒子的自旋是有关联的，所以这一章我们来认识一下什么叫粒子的自旋。

自旋现象在量子力学中存在，我们这里着重介绍量子力学中的特点。在量子力学中，自旋是粒子所具有的内禀性质，其运算规则类似于经典力学的角动量，并因此产生一个磁场。

虽然有时会与经典力学中的自转（例如行星公转时同时进行的自转）相类比，但实际上本质是迥异的。经典概念中的自转，是物体对于其质心的旋转，比如地球每日的自转是顺着一个通过地心的极轴所作的转动。地球自转并不是内在性质。如果地球不转了,它还是地球,但是粒子如果自旋不一样,它就是一个新粒子。各位这点很重要，可以作为自转和自旋的区别来看。

首先对基本粒子提出自转与相应角动量概念

的是1925年由拉尔夫·克罗尼希（英语：Ralph

Kronig）、乔治·乌伦贝克与山缪·古德斯密特

（英语：Samuel Goudsmit）三人所开创。他们在

处理电子的磁场理论时，把电子想象一个带电的

球体，自转因而产生磁场。

后来在量子力学中，透过理论以及实验验证发现基本粒子可视为是不可分割的点粒子，所以物体自转无法直接套用到自旋角动量上来，因此仅能将自旋视为一种内禀性质，为粒子与生

微观粒子波粒二象性的物理本质

——剖析光子的静止质量与不等于零的实验结果

（作者：夏烆光， 江 欣）

【提 要】：本文从普朗克长度和普朗克时间的定义出发，用《广义时空相对论》给出的光子静止质量计算公式，并结合多位物理学家的实验结果，系统地讨论了光子的静止质量，以及静止质量不等于零的物理意义；进而指出了量子力学波函数的叠加原理与微观粒子波粒二象性的物理本质。坦率地说，这些学术观点对于正确认识狭义相对论、量子力学态的叠加原理与波粒二象性的物理本质，具有重要的学术价值。

【关键词】：普朗克长度 普朗克时间 波粒二象性 广义时空相对论 狭义相对论 光子的静止质量 质量单

元 康普顿波长 机率波动频率 态的叠加原理

引 言

普朗克质量的意义，大约是一个“史瓦西半径”等同于“康普顿波长”的“黑洞”所包含的质量。这个黑洞的半径就是一个普朗克长度。透过思想实验指出（请注意，思想实验是建立在传播速度为无穷大的绝对主义时空观念之上！）：想像要测量一个物体的位置，需要用投射到该物体之上的反射光。如果要求提高位置的测量精度，必须使用更短波长的光子。这就意味着光子的能量要更高。如果光子的能量高到一定程度，它们撞到物体时会产生黑洞。这个黑洞可以“吞噬”光子而导致

1.2 物质与微观粒子模型教案

教学目标

1．道物质由分子构成，分子由原子构成。 2．知道物质也可由原子直接构成。 教学重点

物质由分子构成，分子由原子构成，原子也可直接构成物质。 教学难点

化学变化的实质是分子分解成原子，原子重新组合成新分子。 教学过程

引入：仰望星空，我们难免会浮想联翩： 地球比月亮大，木星比地球大，太阳又比木星大，那么宇宙中最大的星球究竟是什么？有时候我们也会这样沉思： 大的对立面就是小，那么这世界上最小的微粒又是什么？

很多人像你一样，对这个问题感到迷惘。事实上，哲学家和科学家对这些问题已整整思考了两千多年。直到今天，科学家还在构成物质的基本微粒———原子的基础上不断探索着。

通过以前的学习，我们已经知道，分子是构成物质的一种微粒，分子很小，不但用肉眼和放大镜看不见，即使用光学显微镜也看不见，只有用现代最先进的扫描隧道显微镜，才能看到一些较大的物质分子。知道了分子之间有空隙，分子处于不停的运动之中等特性。这节课我们进一步学习分子及其他一些微观粒子 板书：第二节 物质与微观粒子模型

课件显示：水的汽化和水的电解实验装置

讲述：水的汽化只是水分子之间的距离变大. 水分子本身没有发生变化,没有变成新的分子，.

浙教版八下科学第一章第二节

第 2 节 物质与微观粒子模型

杨启迪

浙教版八下科学第一章第二节

教学目标1、原子构成分子时结构和种类不同， 、原子构成分子时结构和种类不同， 结构 不同 物质的性质也不同。 物质的性质也不同。 2、认识分子微粒大小、质量的数量 、认识分子微粒大小、 级。

浙教版八下科学第一章第二节

1. 分子 是构成物质并保持物质化学性质的一 构成物质并保持物质化学性质的一 并保持物质化学性质 种粒子。在由分子构成的物质中， 分子 是保 持物质化学性质 最小粒子 化学性质的 持物质化学性质的最小粒子。水由水分子构成 ，水分子 是保持水化学性质的最小粒子。 2. 原子 是化学变化中的最小粒子。有些物质 化学变化中的最小粒子 中的最小 如金属、稀有气体直接由 原子 构成。 在化学变化中, 3.分子与原子的根本区别是： 3.分子与原子的根本区别是： 分子与原子的根本区别是 在化学变化中, 。 分子可分, 分子可分,原子 不可分。 不可分。

浙教版八下科学第一章第二节

4.水是由 4.水是由 水分子 构成的 氢气是由 氢气分子 构成的 氧气是由 氧气分子 构成的 铝是由 铝原子 构成的 石墨是由 碳原子 构成的 5.1个氢分子是由 个氢原子 个氢分子

电子自旋和自旋波函数

摘要：运用利力学量算符和波函数的矩阵表示，在Sz表象中讨论了电子自旋算符及其波函数的构造，找出并证明了一些性质。同时对比轨道角动量和自旋角动量就自旋的本质提出新的问题

关键词：自旋；Sz表象；角动量

自旋是量子力学的特有概念，量子力学是随着物理学的发展为了解释微观领域的实验现象，在许多物理学家的共同努力下建立并逐渐完善起来的。其确立促进了实验工作的发展，特别在原子光谱的实验中，先后发现了光谱的精细结构和反常Zeeman效应。如在碱金属钠原子光谱中，起初看到有一条波长为589.3nm的黄线，由于光谱仪的分辨率的提高，后来发现它是两条谱线构成的。它的波长分别喂589.6nm和589.0nm，此即所谓碱金属光谱的双线结构。另外，在弱磁场中，一条光谱线会分裂成偶数条谱线，称为反常Zeeman效应。原有的量子理论已经无法解释这些新的物理现象。

1925年，为了解释，Uhlenbeck和Goudsimt提出了电子具有自旋的假设，稍后由Pauli加以完善。除上述实验现象外，Stern—Gerlach实验也是电子自旋±±的客观存在的重要实验依据，电子具有自旋就像电子具有的质量和电荷一样，电子的自旋也是表征电子固有属性的物理量，

Spintronics:Fundamentals and applications

Igor Zˇutic′*

Condensed Matter Theory Center,Department of Physics,University of Maryland

at College Park,College Park,Maryland20742-4111,USA

Jaroslav Fabian?

Institute for Theoretical Physics,Karl-Franzens University,Universita¨tsplatz5,8010Graz,

Austria

S.Das Sarma

Condensed Matter Theory Center,Department of Physics,University of Maryland

at College Park,College Park,Maryland20742-4111,USA

(Published23April2004)

Spintronics,or spin electronics,involves the study of active control and manipu

你怎么理解你应聘的职位？

面试题：我们为什么要聘用你？ 有的面试只有这么一个问题。话虽简单，可是难度颇高。主要是测试你的沉静与自信。给一个简短、有礼貌的回答：我能做好我要做得事情，我相信自己，我想得到这份工作。根据自己的实际情况，好好想想把，看怎么说才具有最高说服力

问题 ：你为什么想离开目前的职务? A.别的同仁认为我是老板前的红人，所以处处排挤我。 B.调薪的结果令我十分失望，完全与我的付出不成正比。 C.老板不愿授权，工作处处受限，绑手绑脚、很难做事。 D.公司营运状况不佳，大家人心惶惶。 解答 ：超过一半的人

面试问题：如果你被录用，你对公司有什么要求？ 答案： A、没有什么要求; B、我家在外地，希望解决住处; C、我还没有考虑好，不过要求婚后解决住房问题，工资和福利待遇较为合理; D、自己目前没有家庭负担，如果谈要求的话，希望给予更多的任务，在工作中不

你怎么理解你应聘的职位？ 回答提示： 把岗位职责和任务及工作态度阐述一下。 推荐专题： 常见面试经典问题

就你申请的这个职位，你认为你还欠缺什么？ 回答提示： 企业喜欢问求职者弱点，但精明的求职者一般不直接回答。他们希望看到

1

这样的求职者：继续重复自己的优势，然后说：“对于这个

第七章 电子自旋角动量

实验发现，电子有一种内禀的角动量，称为自旋角动量，它源于电子内禀性质,一种非定域的性质，一种量级为相对论性修正的效应。

本来，在Dirac相对论性电子方程中，这个角动量很自然地以内禀方式蕴含在该方程的旋量结构中。在对相对论性

??电子方程作最低阶非相对论近似，以便导出Schrodinger方程的

时候，人为丢弃了这种原本属于相对论性的自旋效应。于是，

??现在从Schrodinger方程出发研究电子非相对论性运动时，自旋

作用就表现出是一种与电子位形空间运动没有直接关系的、

??外加的自由度，添加在Schrodinger方程上。到目前为止，非相

对论量子力学所拟定的关于它的一套计算方法，使人们能够毫无困难地从理论上预测实验测量结果并计算它在各种实验场合下运动和变化。但是，整个量子理论对这个内禀角动量（以及与之伴随的内禀磁矩）物理根源的了解依然并不很透彻 1。

§7.1 电子自旋角动量

1, 电子自旋的实验基础和其特点

早期发现的与电子自旋有关的实验有：原子光谱的精细结构（比如，对应于氢原子2p?1s的跃迁存在两条彼此很靠近的两条谱线，碱金属原子光谱也存在双线结构等）；1912

电子自旋共振

【实验目的】

1、了解电子自旋共振理论。

2、掌握电子自旋共振的实验方法。

3、测定DPPH自由基中电子的g因子和共振线宽。 【实验原理】

原子中的电子在沿轨道运动的同时具有自旋，其自旋角动量为pS?其中S是电子自旋量子数，S?1/2。

S?S?1??

e??????gpS???S2me电子的自旋角动量pS与自旋磁矩?S间的关系为?

???g?S?S?1?B?S其中：me为电子质量；?B?e?，称为玻尔磁子；g为电子的朗德因子，具体表示为 2meg?1?设??eg2meJ(J?1)?L(L?1)?S(S?1) （7-2-3）

2J(J?1)为电子的旋磁比，?S??pS。电子自旋磁矩在恒定外磁场B0（z轴方向）

的作用下，会发生进动，进动角频率 ?0??B0 由于电子的自旋角动量pS的空间取向是量子化的，在z方向上只能取pSz?m? （m?S,S?1,?,?S?1,?S）m表示电子的磁量子数，由于S=1/2，所以m可取±1/2。电子的磁矩与外磁场B0的相互作用能为

??1E??S?B0??SzB0????B0

　　过去民间生孩子很讲究日子，若是遇到个黄道吉日全家都高兴，遇到不如意的日子则觉得很晦气，以至于现在生孩子为了选个好日子，不惜打催生针进行催产。其中“男不得初一，女不得十五”就是人们对孩子出生时忌讳的日子。

　　这句俗语在有些地方又说成“男怕初一，女怕十五”，这里的初一和十五主要指的是正月的日子。

　　正月初一是春节本是一个“降妖除魔”的节日，这一天出生的男孩是个“冲坎”的命，冲得过则命硬，性格刚烈，以后父母也很难管理，冲不过则大年初一成了忌日，比较晦气。

　　正月十五是元宵节，月圆之夜阴气正盛，这是出生的女孩也大多强势贪玩，在封建礼教盛行的古代，这类女孩并不受欢迎，所以有“女不得十五”之说。

　　“男不得初一，女不得十五”这句俗语充满了封建迷信色彩，并不科学，所以不要为了迎合这种迷信思想而改变产期。