什么是量子力学有什么用,量子力学学了有什么用

首页 > 科学 > 作者:YD1662022-11-19 10:00:01

然后,我们就可以开始实验了。

首先,我们在z方向加一个磁场(以后没有特别声明,文中的磁场均指不均匀磁场),然后让一束银原子通过这个磁场。

由于银原子有很多,有的自旋向上,有的自旋向下,不同自旋的银原子在磁场中的受力不一样,所以偏转方向也不一样。于是,这束银原子在z方向上就分裂成了两束,这没什么好说的(实验图片来自庄鹏飞老师的《现代量子力学》)。

什么是量子力学有什么用,量子力学学了有什么用(5)

接下来,就是精彩的级联斯特恩-盖拉赫实验了。

03级联斯特恩-盖拉赫实验

所谓级联斯特恩-盖拉赫实验,顾名思义,就是在原实验的后面再加上磁场,继续做实验。而后面加的磁场,可能与原磁场方向相同,也可能不同

这些级联斯特恩-盖拉赫实验一共有三组,我们来分别看一下。

第一组实验:我们先让银原子通过z方向磁场,银原子分裂成了两束(原实验)。然后,我们把下面那束银原子挡住,让上面那束再次通过z方向磁场(如图一)。

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大家猜结果会怎样?

这个结果很好猜,因为银原子通过了一次z方向磁场,并分裂成了两束。那么,上面那束银原子在z方向的自旋就应该都一样(都自旋向上),你让它们再次通过z方向磁场,它们应该都向上偏转,因而不会分裂。

没错,实验结果也的确是这样:让z方向分裂的银原子的其中一束再次通过z方向的磁场后,它们没有再次分裂

接下来,我们再看第二组实验。

第二组实验:还是让银原子先通过z方向磁场,分裂成两束后,继续让上面那束银原子再次通过一个磁场。不同的是,这次通过的不是z方向磁场,而是x方向磁场。

结果,我们看到银原子又分裂成了两束(如图二)。

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也就是说,被z方向磁场“筛选”过一次的银原子,虽然在z方向的自旋一样,但在x方向的自旋好像并不一样。

这个结果虽然有点意外,但多多少少也可以接受。因为,你可能会认为所有的银原子在z方向和x方向上都有一定的取值。第一个磁场把所有z方向自旋向上的银原子筛选了出来,第二个磁场则把所有x方向自旋向上的银原子筛选了出来。

这就好比选秀节目,每次从不同的维度筛选一批人。第一轮只有品行好的能通过,第二轮只有学习好的能通过,那么,通过两轮筛选的就都是品学兼优的精英了。

同理,你现在可能会认为:通过了z方向x方向两轮筛选的银原子,肯定都是在z方向自旋向上,在x方向也自旋向上的银原子。这些银原子都是历经两轮筛选的精英,它们都很纯了,以后不管是经过z方向磁场还是x方向磁场,它们都自旋向上,肯定不会再分裂了。

带着这样的想法,我们进入了第三组实验

第三组实验就是在第二组实验的后面再加了一个z方向磁场。也就是说,银原子经过z方向磁场后分裂成了两束,我们让其中一束经过x方向磁场(第二组实验)。再次分裂后,我们又让其中的一束银原子再次经过z方向磁场。

原本,我们以为银原子经过两轮筛选之后,在z方向和x方向上都自旋向上,再次通过z方向磁场时肯定不会再分裂。

但是,实验结果却让所有人震惊了:它-居-然-再-次-分-裂-了(如图三)!

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