​世界又一难题：令人疑惑的电子自旋是怎么回事？看完瞬间顿悟

世界又一难题：令人疑惑的电子自旋是怎么回事？看完瞬间顿悟

在量子力学的框架，我们耳熟能详的有测不准原理、量子纠缠、波函数、量子隧穿、波粒二象性、物质波等等名词，但其中有一个名词叫电子自旋想必很多人都知道，很多人都会把自旋和自转联系起来，这自旋不就是自转吗？那么理解这个电子自旋没什么难度，但事实果真如此？

图1

量子力学的建立开始是普朗克多黑体辐射的研究，成果总结在爱因斯坦的光量子假说，于是开始讨论物质是粒子性还是波动性，在20世纪的论战空前激烈，前前后后经过很多科学家的努力，确定物质既是粒子也是波，研究到这里，就解释了测不准原理，接着就推导出量子纠缠，物质波、量子遂穿成果接踵而至，哥本哈根学派给出了关于波粒二象性的数学解释，那么后来在研究量子领域的时候，波粒是前提，测不准是原则，所以关于要将的电子自旋，要想理解电子自旋，波粒和测不准是基础。

谈到电子自旋大多数人脑子里肯定都有一个球体在转动，我想提示一下，自旋不等于自转，想象一下，量子是一份一份的，就像在水里的波纹一样，那么微观的电子它既具有波动性又具有粒子性，电子的运动也是有的时候是波有的时候是粒子，运动的时候有的时候也是一份一份的，那么我们可以想象一个电子运动时，会像水的波纹一样，呈现粒子一份份的向前运动，它在运动时还是滚着向前运动的，这里滚着向前就很接近自旋的概念。

图2

现在用一个简化例子来加强理解，如下图3：这是一个礼品盒，我们眼睛看到的这个面正对着我们，那么如果把礼品盒沿着L线指的向左转90度，那么我们看到的礼品盒和开始的时候就不一样，在转180度，也不是我们看到的样子，再转270度，还不是我们看到的样子，最后转360度，这时候我们看到就和原来一样了，这个时候，我们就把转360度看到原来的样子记录下来，定自旋为1，那么如果我们从A/B/C/D各方看到的这个礼品都是一样的时候，就定自旋为0，如果转180度的样子和原来一样，定自旋为2，转90度和原来一样，定自旋为3，最大的自旋数是4。

图3

所以从经典物理的层面去理解，自旋就是自转，我们带着波粒和测不准的思维去理解，自旋就是物质一种内在固有性质，不因为外部因素而发生改变，也就是物质本身就具有自旋的特点。那么回过头来，当我们去理解电子自旋时，不再去想象成电子的自转，而是想象成电子本身转半圈是不是它原来的样子，转一圈是不是它原来的样子，因为电子的转动是量子效应的，我们无法去确定它表面的转速和样子，因此只能取自旋来研究它的特点。

通过上面对电子自旋的描述和简化的例子，那么我相信很多人对自旋和自转就有了明确的界定，也对电子自旋有了更深入的理解，对理解量子纠缠、量子遂穿等概念就更容易了！