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自旋是相对论效应吗?

已有 5186 次阅读 2019-9-20 11:40 |系统分类:观点评述

这个问题可以说是一个老生常谈的问题了。今天,我之所以就这个问题发表看法,是因为我发现这个问题确实误导了很多人,并且有可能继续误导很多人,特别是年轻的学生。


本人也曾经被误导过,那是因为我本科用的教材上明确写着“自旋是相对论效应”。后来被一位老师指出这钟看法是不对的。我自己后来做了调查,发现确实如此。下面我只引用费曼就此问题的简短评论和W. Greiner的评论,这两个评论足以把问题说清楚,如果需要知道详细的细节,请参阅 W. Greiner的书《Quantum Mechanics, an Introduction》.



上面的这段话摘自费曼的《量子电动力学讲义》。


上面这段话摘自 W. Greiner 的《Quantum Mechanics, an Introduction》.


下面是我个人的一些观点: 在这个问题上,我们需要严格地区分 “自旋”(这是一种角动量)、“自旋磁矩”(这是一种磁矩)还有“自旋-轨道耦合能量”(这其实是自旋磁矩和轨道磁矩的耦合能量)。根据费曼的分析,很显然,自旋角动量不是相对论效应。但是,自旋-轨道耦合能应该属于相对论效应。因为根据经典电动力学,所有的磁效应都可以归结为相对论效应,即所有的磁效应可以追溯到电荷运动的相对论效应,就像通电导线周围的磁场其实可以最终归为电场。既然如此,那么磁矩也应该可以归结为相对论效应,是电荷因为运动而产生的一种效果(对于轨道磁矩,可以根据经典物理模型导出轨道磁矩与轨道角动量之间的关系) 。在这种意义上,自旋磁矩可能跟相对论有关系,只是目前我们还没有直观的物理图像,而只能从狄拉克方程(或者一次化的薛定谔方程,见W. Greiner)得到自旋角动量和自旋磁矩的关系。W. Greiner 强调的是电子的“反常磁矩”不是相对论效应,但是并没有说磁矩跟相对论无关。看来这些著名的物理学家还是很严谨的。



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