首頁 量子和粒子物理學何以解釋一切

第5章 事情變得更加奇怪……又一次

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我們所知道的一切都是錯的

你可能已經注意到,量子力學中的每個理論都很快就被推翻了。不太懂科學的人可能會對此感到不安,就好像科學家一直處在不確定的狀態似的(有人對海森堡雙關感興趣嗎?),但這是正常的情況。

科學家總是把一種想法發揮到極致,想看看它在什麽時候失效,因為沒有什麽東西是不容置疑的,也沒有什麽事實是神聖不可侵犯的。對於某個觀點,相信好過篤信,因為這樣你更容易承認自己錯了。盡管薛定諤方程很出色,但它也概莫能外。

在發表它的時候,薛定諤堂而皇之地忽略了電子的電荷,因為電荷恒定,不需要調整。然而,當電子靠近磁鐵的時候,薛定諤方程就會失效。

磁與電荷之間的影響十分強烈。移動的磁鐵可以使附近的導線產生電流,而一圈電流會在其周圍形成磁場。因此,隻描述電子而不考慮磁效應的方程是不完整的。

你讓我團團轉

我們將在第11章探討電荷與磁的聯係,現在簡而言之就是,電子就像小條形磁鐵一樣,它的周圍有磁場,一端是北極,另一端是南極。我喜歡想象電子中間插著小型魚叉,用來表示磁場的指向。

環形導線中的電流可以產生磁場,所以我們假設單個電子也能以類似的方式產生磁性。電子必須像陀螺一樣不停地旋轉才能產生磁極。

遺憾的是,對於合適大小的磁場,在計算所需的電子半徑時,我們得到的結果是比整個原子還大。所以,試圖用繞軸旋轉來解釋電子的磁場顯然是錯的。

電子有磁性,一定是因為除了電荷之外還具有一些神秘的性質。但當我們意識到這一點時,所有人都已經在想象電子的旋轉了,所以我們就沿用了這個名稱,把這種神秘的性質稱為“電子自旋”—盡管這個名稱對理解這種性質毫無益處。它並不像字麵意思那樣指電子繞軸旋轉,它隻是我們用來表示電子磁性的一個詞。