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对自旋的理解,杨振宁无可挑剔 精选

已有 32171 次阅读 2017-4-12 16:28 |个人分类:大学教育|系统分类:观点评述|关键词:学者| 杨振宁, 物理学, style, color

47-8日,扬州大学办了一个物理学教学方面的会议,会上有人谈到国内一位名家的文章。不愧名家手笔,文章确有真知。但是,瑕不掩瑜。瑕疵之一,是在文章的最后一段,批评了杨振宁先生关于自旋的理解。立即找来相关原文对照,发现对杨振宁的批评是错误的。不仅如此,对另外一位作者的批评也有不确。

一,电子自旋是电子的一种内禀性质,无关相对论!

电子自旋和电子的质量、电荷一样,是一种内禀属性。也就是与生俱来,和人类的认识与否无关,也就和任何理论无关。这是物理! 数学是什么? 不过为了定量地描叙物理的一种手段。当然,数学是很好的手段和工具! 在这种意义上,数学是物理学的侍女!

当年,德布罗意提出了物质波的概念,资深物理学家、诺贝尔物理学奖获得者德拜觉得薛定谔手上的工作并不重要,提出"to deal properly with waves, one had to have a wave equation."也就是说,电子的波动性需要一个恰当的数学描叙,你薛定谔应该去试试寻找这个数学。这句不经意的提醒,直接导致了薛定谔建立起薛定谔方程。薛定谔方程提供了微观粒子量子性的恰当描述。

电子的自旋是为了解释碱金属光谱线的双线结构而提出来的。可惜,薛定谔方程并不能为电子的自旋提供恰当描述。这个时候,狄拉克自问道,to deal properly with spins, one had to have another wave equation. 这个恰当描述,基本正确的说法是,就是狄拉克的电子理论,也就是电子的相对论性的量子力学;而更为彻底的说法是,需要量子电动力学(QED)

狄拉克跨出了关键一步,所以常常说,处理电子自旋,需要用到相对论性量子力学。但是,在任何意义上,电子自旋都不是相对论性的效应! 那么,电子自旋有没有相对论性效应? ! 例如说,电子的反常磁矩。

二,杨振宁认为电子自旋是一种相对论性效应?  NO!

文章对杨振宁的批评,在文章中的最后有一句话:


首先,我们看参考文献[11]相应部分的完整的一句话。“实验发现,电子有一种内禀的角动量,称为自旋角动量,它源于电子的内禀性质,一种非定域的性质,一种量级为相对论性的效应.”这里对电子自旋的性质做了非常详细的说明,也就是“电子的内禀性质”。既然如此,自旋就不是“一种量级为相对论性的效应”。这里的“一种量级为相对论性的效应”,很可能是一处印刷错误。

第二,杨振宁对自旋的理解,专门有《自旋》一文,其中有如下关键的一句:“但是狄拉克不是这样,他把注意力集中在相对论性的电子理论上,而且写下了漂亮的狄拉克方程。这个方程显示了自旋是荷电粒子相对论性理论的固有特征,…。”也就是,离开了相对论性理论,无法恰当描述电子自旋。所以,对自旋的理解,杨振宁无可挑剔。

一点福利:薛定谔一开始并没有立即领会到薛定谔方程方程的重要性

对此,低温物理学家,诺贝尔物理学奖获得者P.L. Kapitza在《Experiment,Theory, Practice: Articles and Addressesp.318中提到,薛定谔在导出薛定谔方程之后,对方程的重要性评价很低,是德拜立即看出来薛定谔方程的重要性。




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