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春芽
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先回答2: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.
所谓内禀角动量,和质量、电荷一起,描述粒子的基本特征,任一数值不同,即代表其物理性质不同,与外界作用的方式也会不同,或者说它已经不再是它了.所以说是内在性质.但是地球是否自转,并不改变地球本身的物理性质;虽然会影响磁场和大气环流,但是在更基本的层面上看,组成地球的物质没有变,地球还是地球.
当然你也可以说,地磁场亦是地球的特征之一,自转影响地磁场,故影响地球的物理性质——这种观点是把地球作为一个整体来考虑.然而在地球和其他天体发生作用时,是靠引力而非电磁力.即使地球不自转,它和其他天体的相互作用仍然基本不变.假若外星人从远方观测,地球是否自转,不影响地球和太阳系的关系;但是粒子如果具有不同的自旋,则会对其所在系统产生巨大影响.
想像一下,地球不转,它还会在这里呆着,太阳系也好好的.粒子自旋如果改变,它会立即脱轨、变轨甚至与其他粒子撞击湮灭.从这个角度说,地球自转相比之下是“外在”的,它并不影响地球的存在;而粒子自旋是极其重要的内在性质,因为它是粒子在某种状态下能否稳定存在的基础要素.
注意,上段最后一句话其实应该反过来说.我现在回答你的1和3.正是粒子的某种基础要素,决定了粒子的一系列稳态,以及它的自旋.这种基础要素是什么,人类难以想像;但是这种东西造成了磁场变化,并可以用角动量公式来估值,因此科学家把它叫自旋,其实它根本不是真的粒子旋转(如果粒子真的“旋转”,其外表面速度会超光速,违反狭义相对论).
说得再清楚些,自旋是观测效果上的旋转(例如磁矩转动),它表示粒子放射的能量、与外界的作用,按一定的几率、符合一定的周期和方向特征,因此“看起来”像旋转效果,并且也可以用旋转来计算(事实上角动量也是要按几率来算平均值,而不是固定的).但这并非粒子本体在转动!为什么呢,因为在量子力学中,粒子不是一个跑来跑去的质点,而是一团概率云,这团云中的每一个点都是它自己,我们无法简单认为粒子是绕着某个空间点转动的.
打个不太恰当的比方:你有一个灯塔它两侧发光,5分钟转动一周,这是真实的旋转.现在你有一个手电筒大队,一万个人各持手电,杂乱站立,位置和方向都混乱不堪.注意所有的人都不准移动和转动;他们只能做“开手电”和“关手电”两个动作.现在我们在每个时刻,令其中一部分人开手电,这些人的位置各不相同,可能在人群这一头或是另一头,但他们的手电方向一致.下一时刻,我们叫这些人关手电,而令另一部分人开手电.
现在飞到高空观测.任一时刻,开启的手电群形成一道“集束光柱”,每一时刻的“集束”方向不断变化.通过适当的命令,可以营造出旋转效果.我们在高空远远望去,像是一个大灯塔,按照固定的规律旋转;但实际上呢?不论是人还是手电筒都没有任何转动动作!
(注意这是类比,不是粒子或电子云的真实运动状态.)
现在归纳一下:粒子除了质量和电荷之外,还有一种“不知道是什么”的物理特性;这种特性令粒子“看起来”像在转动,并且这种“转动”效果可以通过磁场、角动量公式等来计算其平均期望值.我们不知道怎么描述这种特性,只好根据其(几率相对稳定的)外在表现效果,把它称为“自旋”,这是一种简单化的代称,并不是说粒子真的在旋转.因此粒子自旋和地球自转不能混为一谈.
再补充一点,你说天体“自旋”只能是0或1,粒子则有多种自旋值.但是,自旋为0或1(或其他整数倍)的粒子恰恰无法形成物质,更不用说与天体类比了.它们是用来传递力的.自旋为半整数(例如1/2)的粒子才用来构建物质.从这里可以侧面看到粒子自旋和天体转动根本不是一个概念.(可参考查询玻色子和费米子进一步了解).
我的知识只能解释到这里,如有谬误请网友指出.楼主你可以用我说的这些来参考理解,但如果真想深入研究,还是去认真学量子力学入门书比较好.这个领域中很多方面容易被误解,因为一些东西只是代称,而真实概念大不相同,其概念和逻辑也和现实生活不是一个思路,故还是认真看理论书最准确.
1年前
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