如何来理解量子的自旋运动,量子自旋说明什么

“自旋”从字面上理解，就是围绕着质心或穿过质心的轴的物质的自我旋转。比如像地球的自转一样。大多数人的理解，量子的自旋就是粒子围绕自身从不同方向作圆周运动，那事实真的是这样的吗？

地球的自转

1922年，汉堡大学的物理学家奥托·斯特恩（Otto .Stern）和沃尔特·盖拉赫(Walther.Gerlach)在法兰克福进行了一系列经典的在后来被称为斯特恩-盖拉赫实验的测量实验。他们使用银原子（Ag），他们让它通过非均匀的磁场，以观察它们的偏斜。

O.W实验

斯特恩和盖拉赫使一束加热的银原子通过非均匀的磁场，发现银原子分裂为上下两束。奇异的还在后面，斯特恩和盖拉赫继续实验，他们将经过第一次磁场的一束粒子档住，然后让另一束粒子通过相同的磁场，结果在接受屏上出现了一束粒子流的痕迹。

O.W实验

他们再设立一个磁场，不过这个磁场和以前的在水平位置转90度，让这一束相同粒子流再一次穿过，结果在接受屏上又分裂为水平两束。他们又重复了多次，还是得到了相同的结果。

O.W实验

在几年后，荷兰裔美国物理学家乔治·乌伦贝克（George Uhlenbeck）和萨穆埃尔·古德史密斯（Samuel Goudsmit）共同提出了电子自旋的假设，才解释了这个现象。实验中使用的是银原子（Ag），银原子的电子结构是：2, 8, 18, 18, 1（[Kr] 4d10 5s1）。最外层是5s1，即一个5s电子，除去最外层电子外，其他为满壳层。相比较于电子的磁矩，原子的磁矩可以忽略不计。 因此只需考虑电子运动导致的磁矩，而除最外层5s电子外，其他电子轨道角动量、自旋角动量恰好完全抵消。又s电子轨道角动量为零，因此银原子磁矩近似而言主要是由5s电子的自旋导致。

电子自旋假想图

现在我们知道电子是有角动量的，在通过非均匀的磁场后，实验证明电子的自旋在竖直和水平（X.Y）方向上具有不确定性。什么意思呢？就是电子的自旋可以同时向左或右自旋，就好像我们抛硬币，不是朝上就是朝下，而电子是两面同时出现，这在经典物理里是无法理解的。

O.W实验

因此仅能将自旋视为一种内禀性质，像电荷等一样，粒子的角动量与生俱来。其量值是量子化的，无法被改变（但自旋角动量的指向可以透过操作来改变）。通过研究，发现自旋角动量是系统的一个可观测量，它在空间中的三个分量和轨道角动量一样满足相同的对易关系。每个粒子都具有特有的自旋。粒子自旋角动量遵从角动量的普遍规律。

不同空间的粒子活动

具有自旋的粒子具有磁偶极矩，就如同经典电动力学中转动的带电物体。磁矩可以通过多种实验手段观察。每一种基本粒子的内禀磁矩的大小都是常数，可以用理论推导出来，得到的结果也已经通过做实验核对至高准确度。

费米-狄拉克统计

自旋为半奇数的粒子称为费米子，服从费米-狄拉克统计；自旋为0或整数的粒子称为玻色子，服从玻色-爱因斯坦统计。复合粒子的自旋是其内部各组成部分之间相对轨道角动量和各组成部分自旋的矢量和，即按量子力学中角动量相加法则求和。已发现的粒子中，自旋为整数的，最大自旋为4；自旋为半奇数的，最大自旋为3／2。

玻色-爱因斯坦统计

所有电子具有的1/2自旋，自旋为1/2的基本粒子还包括正电子、中微子和夸克，光子是自旋为1的粒子，理论假设的引力子是自旋为2的粒子，希格斯玻色子在基本粒子中比较特殊，它的自旋为0。对于像质子、中子及原子核这样的亚原子粒子，自旋通常是指总的角动量，即亚原子粒子的自旋角动量和轨道角动量的总和。亚原子粒子的自旋与其它角动量都遵循同样的量子化条件。

自旋为1/2也可以这样理解：一个粒子要转两圈才能恢复到原来的状态。反映到波函数上，粒子转一圈之后，波函数的相位会与原来的正好相反，只有转两圈波函数才能彻底恢复原状。

有一种关于自旋的说法是：设自旋为N，则粒子自转1/N周后与原来相同，理论预言希格斯玻色子自旋为零，实际意义还有待实验观察。

正确理解量子力学的量子自旋原理，是解开宇宙奥秘的一把钥匙

在理论物理中，量子力学最基础的理论 ，最核心内容就是量子自旋 。不能正确理解量子自旋，便会成为心中的结，纠结自己，限制自己的思维，无法找到宇宙的真正运行逻辑。

量子自旋是微观粒子量子自身进行旋转的运动，量子自旋时表面上的切向线速度已经超越了光速。1925年，由乌伦贝克与古兹密特提出了电子的自旋猜想，他俩认为电子并不是一个点电荷，而是电子应该具有“自旋”的属性。自旋是电子的内禀属性，就跟质量是电子的内禀属性一样，是与生俱来的性质。而自旋所带来的角动量以及磁矩也就成为了电子的内禀属性。

后来量子力学将电子自旋属性推广到整个微观领域的粒子中去。所有的粒子量子一一电子，中微子，夸克，光子，费米子，玻色子，都不是我们想象的“点粒子”，而是能够振荡自旋的。这种自旋 运动就是左旋 右旋 ，沿着相反的方向运行 。它能够同时处于不同状态 ，同时出现一种正转和反转的状态 。这种自旋是可以量子化的。

我们了解到量子自旋这种现象后，不禁会进一步深刻思索:自旋，这种自旋力哪里来的？而且这种力并非只是一种力，能够同时正转、 反转 ，说明是两种力 ，这两种力又是什么力 ？

量子力学科学家没有直接告诉我们 ，但是从整个量子力学研究的理论和成果，分析判断，却清晰地告诉了我们 答案。

首先，量子正转 、反转这两种力 ，并非来自外部 ，而是量子自身存在的 ，是量子自身发出的 。

那么，量子自身是一个什么样的物质结构 ，有什么样的性质 ？

量子力学一百年发展告诉我们，宇宙是物质的运动和运动的物质，这个物质究竟是什么？现代科学给我们清晰的答案:这个物质是粒子。物质的运动和运动的物质，就是粒子的运动和运动的粒子。

宇宙物质世界是由粒子组成的 ，这些粒子世界中存在着什么？无论大粒子还是小粒子，都存在着引力和斥力。引力和斥力存在于一切粒子中，存在于一切物质 中。从中微子、夸克、中子质子、原子、分子直到星系、星云、星球，宇宙中的所有物质，当然包括反物质，都存在引力和斥力，宇宙物质世界都不过是大小磁场罢了。粒子是引力和斥力的载体。引力和斥力同时也是粒子 ，是两种粒子 一一吸引力粒子和离心力粒子。

这两种粒子是什么？这种粒子就是宇宙自然的本原。宇宙自然就是由这两种粒子诞生演化而来的。吸引力粒子和离心力粒子是宇宙的源头，辩证唯物主义称之的自然法则，爱因斯坦称之为的“自然神”。

但是，这两种粒子是不能单独存在的 ，是一个共生体 。

两种粒子结构和性质是这样的:

这两种粒子紧密结合在一起。吸引力粒子中，有吸引力粒子和离心力粒子。离心力粒子中，有吸引力粒子和离心力粒子。没有孤立的吸引力粒子和孤立的离心力粒子。

吸引力粒子和离心力粒子，表现为相互吸引，同时又表现为相互排斥。吸引力粒子，同时存在粒子和反粒子。离心力粒子，同时也存在着粒子和反粒子。所有的粒子中，无论是粒子还是反粒子，都存在着吸引力和离心力。

这种吸引力粒子和离心力粒子是共生 共存的粒子 ，无法把吸引力子粒子和离心力粒子分割开来 ，独立出来 。这就是磁偶极子 ，南极 、北极，N极、S极，引力、斥力，吸引力和离心力，这些说法为同义语。吸引力和离心力称谓比较准确 。因为磁偶极子无法分开，不能磁单极子化，两种粒子无法独立存在 。所以这两种粒子不是量子 。也就是说，它不是物质的最小单位，这两种粒子的存在，无限小，其形成的天体物质，无限大。

也就是说， 一个粒子同时存在着引力和斥力 ，量子自旋的左旋力，右旋力，就是引力和斥力 的自旋。

一个量子同时存在着引力和斥力 ，这种引力和斥力做自旋运动 ，是按照相反的方向正转、 反转 。
这种状态出现的影像 ，就是量子力学的波粒二象性 。哥本哈根学派解释的量子的叠加态与量子坍缩。根据这种影像提供的证据证明:引力发出的是粒子性运动。斥力发出的是波动性的运动。这种运动就是左旋 右旋 ，引力和斥力沿着相反的方向运行 。它能够同时处于不同状态 ，同时出现一种正转和反转的状态 。
科学家花了很大的力气，发现了波粒二象性。波粒二象性是怎样诞生的 ？离不开分析粒子量子本身 ，抛开粒子量子本身去分析 ，那就走偏了。粒子量子里有什么 ？不过就是引力和斥力 ，引力和斥力的运动，产生波粒二象性现象，离开对引力和斥力的分析 ，离开量子本身，还能有什么别的存在吗 ？还能有什么外部原因吗？还能有别的物质吗 ？别的力吗 ？离开对量子引力和斥力的分析，是无法分析波粒二象性的 现象的，那会成为科学永远之谜，成为死结。
粒子量子的存在，并不是独立运动 ，是相互联系的 ，相互作用的运动。量子自旋，产生于量子与量子之间的相互运动 ，物质与物质之间的相互作用。产生量子纠缠现象 。同性排斥、 异性吸引 ，是量子运动最基本的规律 ，也是整个宇宙物质世界的基本规律。由于量子本身同时发出引力和斥力 ，甲粒子量子发出的吸引力吸引乙粒子量子的离心力；乙粒子量子的吸引力吸引甲粒子量子的离心力，这样二者才能形成拉力，从而形成运动，诞生新的物质。
在微观世界，那就是费米子与玻色子之间的运动 。费米子与玻色子之间的运动 ，是物质诞生壮大运动的规律 。

费米子和玻色子是怎样诞生的？具体运动是这样的，才能诞生物质:

吸引力粒子 吸引 离心力反粒子(异性吸引)，经过碰撞，诞生费米子，也就是物质。

吸引力粒子 吸引 离心力粒子(同性排斥)，经过碰撞，诞生反物质。

吸引力反粒子 吸引 离心力粒子，(异性吸引)，经过碰撞，诞生玻色子。

吸引力粒子 吸引 离心力粒子(同性排斥)，经过碰撞，诞生反玻色子。

微观粒子的自旋角动量是量子化的，粒子自旋取某个特定值的整数倍，自旋为半整数1/2、3/2的粒子被称为费米子。自旋数为整数0、1、2的粒子被称为玻色子。

电子的自旋是1/2，所以电子必须旋转两圈才能回到同一面。我们将自旋数位半奇数（1/2、3/2、5/2、7/2）的微观粒子划分为费米子，包括质子、中子、电子、夸克、中微子。

宇宙物质世界的粒子 都是费米子，服从泡利不相容原理。有了这些粒子，经过运动，出现不同的化学元素。原子会有一定的体积，宏观世界才有了大小，出现不同的天体物质 运动。

我们把自旋为整数的粒子称为玻色子，主要是传递各种力，例如自旋为1的光子，旋转一圈以后能回到同一面，自旋为2的粒子，旋转半圈以后就能回到同一面。这些粒子不服从泡利不相容原理，可以在空间的同一位置无限的叠加。

对电子自旋做出理论解释的是，狄拉克1928年提出的相对论性的波动方程，这个方程考虑进了有自旋角动量的电子在做高速运动时的相对论效应。

并且从方程中可以直接推导出电子自旋的量子数，以及磁矩等等，这些内禀属性。这时电子的各种属性就有了坚实的理论基础。

粒子量子为什么会出现这样费米子和玻色子这样的分工 ？又怎样实现吸引排斥的？

费米子由吸引力转化而来 ，玻色子由离心力转化而来，在电磁力场中，所有费米子都是以粒子的形式存在 ，所有的玻色子都是以波段的形式存在 。

二者构成阴阳关系，相生相克关糸，他们像夫妻一样 ，主导整个宇宙的运行 ，由于费米子和玻色子的运动，诞生中微子，>演化出夸克，>演化出中子质子，>演化出原子，>演化出分子，这五种宇宙运行形态，从而演化出整个天体物质世界。

当我们了解到宇宙的本源，吸引力粒子和离心力粒子创造了整个物质世界 ，神创论就会彻底崩溃 ，从科学领域中全部退出 ，从 社会 生活中逐渐退出 。人的思想从神论的思想中解放出来 ，真正实现思想 的自由，人的思维会得到更大的发挥， 科学会更理性的 发展，按照宇宙规律 ，处理好人与自然的关系 ，更好地发展人类文明 。

资料来源:中国科学院物理所，中国科普。

什么是自旋？

自旋，即是由粒子内禀角动量引起的内禀运动。在量子力学中，自旋（英语：Spin）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。

[1]
中文名
自旋
外文名
Spin
提出者
Ralph Kronig 、George Uhlenbeck 与 Samuel Goudsmit
提出时间
1925年
应用学科
量子力学。

概念
自旋角动量是系统的一个可观测量，它在空间中的三个分量和轨道角动量一样满足相同的对易关系。每个粒子都具有特有的自旋。粒子自旋角动量遵从角动量的普遍规律。

人造卫星自旋