电子自旋dianzi zixuan

人们为了解释光谱实验中一些现象而提出来的一种假说。1921年O.斯特恩和W.盖拉赫在实验中发现银原子谱线在磁场作用下可分裂为两条相隔很近的谱线。用氢原子谱线进行类似实验，也得到同样结果。说明微观粒子的角动量有偶个可取方向，但磁量子数m所决定的角动量在空间的伸展方向为 (2l+1) 个，l只能取正整数，(2l+1) 一定是奇数，这与事实不符，用玻尔旧量子论无法解释。1924年，W.保里假设电子还具有一种无法用经典概念来描述的“特性”。1925年，G.E.乌仑贝克和S.哥德希密特提出“电子自旋”的假说。认为电子除绕核作高速运动外，还有自身旋转运动，即自旋。根据量子力学计算，自旋角动量沿外磁场方向的分量为M2=m_Sh/2π。式中m_S就称为自旋量子数，其可取值只能有两个，即m_S＝±1/2。解释了光谱实验中发现的微观粒子的角动量具有偶数个可取方向，而磁量子数m只有奇数个可取值的矛盾。假说认为，光谱双线结构是电子自旋运动产生的磁场与电子绕核运动产生的磁场相互作用而导致原子轨道分裂的结果。为了更形象地描述“电子自旋”，人们又规定“自旋”的两个方向(±1/2) 一个是顺时针，一个是反时针，分别用向上和向下的箭头“↑”和“↓”来表示。
“电子自旋”假说最能够解释氢光谱精细结构及一些实验现象，但仍是从旧量子论出发，用宏观感性知识来模拟微观世界的现象，机械地把电子看成是沿固定轨道运动带电的球形质点，象地球绕太阳那样有公转也有自转是错误的。当初W.保里也不赞同这种观点，电子根本不是球形质点，而是一团“云”，通过计算也会发现，若电子绕自轴自旋的话，电子表面的线速度必须是光速的137倍，这是不可能的。实际电子线速度仅为2100km·s^-1。1928年，P.A. M.狄拉克把波动力学引进到相对论中，才使薛定谔方程引入了另一个变量，从而导出第四个量子数。该量子数与实验事实相符，与假定的“自旋量子数”一样有一正一反 (±1/2) 两种取向，并沿用了习惯名称——自旋量子数。自旋和自旋量子数是电子运动的基本属性，只是沿用旧量子论的习惯名称，但根本不包含绕轴自旋的概念。