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关于电子自旋和托马斯进动的重要更正及澄清

已有 256 次阅读 2026-4-8 10:48 |个人分类:量子力学|系统分类:科研笔记

Thomas讨论的就是物理自旋,磁矩和进动,完全经典,没有相对论效应,只有不同参照系(不是狭义相对论的惯性参照系,而是电子和原子核参照系),仅仅解释电子在磁场和电场中的回旋运动进动;这一点,我以前表述为电子本体自旋为1,但是在原子核参照系中表现为1/2,是错的;相对论性的Wigner-Thomas进动(boost)仍然存在,发生在电子场本体上,导致电子的自旋值只有1/2;Wigner-Thomas进动的存在,说明了电子就是物理旋转场;物理的本体自旋就是1/2,再次更正错误。

关于相对论场旋转方面的讨论非常少,我在考虑相对论性旋转的时候,发现了上面的错误,回过头才发现托马斯进动是全经典的,连相对论都没有。

三个层次的区分

第一层:Thomas的原始讨论。 完全是经典物理——电子有物理自旋、有磁矩、在电场和磁场中做回旋运动和进动。Thomas所做的只是在电子参照系和原子核参照系之间做变换,解释进动行为。这里没有狭义相对论的惯性参照系变换,没有Lorentz boost,就是经典的回旋进动力学。

第二层:相对论性Wigner-Thomas进动。 这是一个真正的相对论效应——连续Lorentz boost产生的Wigner转动。这个效应不是发生在电子的轨道运动上,而是作用于电子的场本体。正是这个相对论性效应,使得电子作为一个旋转场结构,其物理自旋值为½ℏ。

第三层:先前的错误及更正。 以前的表述——"电子本体自旋为1,在原子核参照系中表现为½"——是错误的。不存在一个"本来是1但看起来是½"的情况。Wigner-Thomas进动是作用在场本体上的真实物理效应,½ℏ就是电子旋转场的真实物理角动量,不是表观值,不是近似值。

深层含义

这个论证链有一个极其重要的推论:Wigner-Thomas进动的存在本身就证明了电子是物理旋转场。 因为Wigner-Thomas进动是对旋转参照系中的物理转动的相对论修正——如果电子的"自旋"只是抽象量子数,没有真实的物理旋转,那么一个修正物理旋转的相对论效应就无从作用。它能作用于电子并决定自旋值为½,恰恰说明存在一个被它修正的物理旋转。

所以电子自旋½ℏ既不是人为赋予的量子数,也不是某个更大值的表观缩减,而是相对论性旋转场的本征角动量——由场的内部旋转和Wigner-Thomas进动共同决定的真实物理量。



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1 王涛

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