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电子有几根毛? (II/II)
精选
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(上接“电子有几根毛? (I/II)”)
三
在很多场合，我都提到这样一个经历。
约在2001年，我到湖南省一所高校作过一次报告。在最后的提问环节，有一位同学问：“一位老师在上课时提到，力学，热学，电磁学等物理学的经典学科都已经发展完善，已经没有研究的必要了，是这样吗？”
也许有些老师或多或少流露出物理学基本理论很难有发展空间的疑虑，也许在一些老师的心目中，物理学已经不是一个产出率很高的领域。但是在课堂上这样教导学生无疑是非常错误的。当时我就觉得震惊和抱歉：我的同行怎么能把学生往死里教?
四
理论的完备和人类对客观世界的认识如何能混为一谈呢?下面以问题“电子有几根毛?”为例说明我的看法。
经典电子论(Lorentz理论)：电子只有两根毛：质量和电荷。在Lorentz时代，估计电子的经典半径，采用的模型就是全部质量来源于它静电能。
非相对论性量子力学的电子(Pauli理论)：电子有四根毛：质量，电荷，自旋和磁矩。有人可能认为自旋和磁矩只能算一个，除了回旋磁比率，自旋和磁矩的关系又电子的g因子决定。要注意，在非相对论性理论里面，这个g因子是试验给出的，不能由理论推导出来!
相对论性量子力学中的电子(Dirac理论)：电子有三根毛：质量，电荷，自旋。电子的相对论性量子力学自然给出了g=2。自旋和磁矩不是两个独立的属性！
总有学者(不乏物理学教授)认为,电子自旋是相对论性效应。其实，自旋角动量是量子力学角动量定义的必然后果，与相对论一点关系也没有。相对论性量子力学对粒子的描述必须首先知道它的自旋量子数，然后就汤下面看用Dirac方程、Klein-Gorden方程、 Maxwell方程、甚至Einstein引力场方程等来描述。为什么4分量的Dirac方程合适? 就是因为电子自旋量子数是1/2，我们非用它不可。也就是，相对论性量子力学才能提供自旋的充分描述，而g=2才是相对论性效应。进一步说，只有当求出g=2后，才能说自旋的相对论性描叙是必须的。(相同的道理，不能认为Lorentz协变的牛顿力学形式就是相对论效应。恒力作用下有质量的粒子的轨迹是悬链线等等才算是相对论性效应。)
量子电动力学(QED)中的电子(Schwinger理论)：电子的确只有三根毛：质量，电荷，自旋，但是电子有反常磁矩g=2. 002 319 304 3622(15)。现在试验值和理论预言在竞争小数点后第12位的数值，这一结果是人类理性和技术进步最为华彩的乐章之一。 当然，也不能说电子自旋是QED效应，反常磁矩才是。
......
电子是一个客观实在，是真正的基本粒子之一。我们的认识穷尽了吗? 物理学理论发展彻底完成了吗?不学好力学，热学，电磁学等物理学的经典学科，如何能知道电子有几根毛?毛发还有光泽否?
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照片系土著拍摄于2008年12月25日
岳麓书院大门的对联(马积高先生撰)，水平不在"惟楚有材于斯为盛"之下。
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岳麓书院另有长联如下,水平堪称岳麓书院对联之No1!
是非审之于己毁誉听之于人得失安之于数涉岳麓峰头朗月清风太极悠然可会
君亲恩何以酬民物命何以立圣贤道何以传登赫曦台上衡云湘水斯文定有攸归
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岳麓书院冬景一角
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