什么东西都可以量子化吗,量子化证据是什么

首页 > 影视动漫 > 作者:YD1662023-06-23 08:51:44

幸运的是,在不久后,英国的物理学家狄拉克将量子力学和相对论结合起来,发展出了狄拉克方程,自然导出了电子自旋,并且得到它的自旋角动量量子数为1/2。这样我们就可以发现电子自旋完全属于量子的范畴,它没有任何经典的对应。

那么,这样一个诡秘的自旋还有什么样的特性呢?

在量子力学中,还有很多神秘的特性。比如说在量子世界里,所有东西都是量子化的,只能取一些不连续的状态,就像我们爬楼梯只能一阶一阶地去爬。而经典世界就像坐电梯,是一个连续的过程。也就是说在量子世界里,我们只有1、2、3、4这样的状态,没有1.1、1.2。

电子自旋就是如此,电子自旋在磁场中角动量的取值也是不连续的,它只有两个分离的值,即1/2 或者-1/2,不可能有其他的值存在。这也是电子自旋1/2的由来。

量子力学里还有一个非常奇妙的特性,就是量子叠加。即作为一个量子的物体或者粒子,它能够同时处在不同的状态。

什么东西都可以量子化吗,量子化证据是什么(5)

就拿陀螺来说,普通人去玩陀螺只能让它正转或者反转,它只能够处在一种状态。但如果你是在玩一个量子的陀螺,就完全不一样了,它可以出现一种同时存在正转和反转的状态。大家是不是感觉量子力学很诡秘了?

同样,其他的微观粒子也具有自旋,如我们熟悉的光子自旋为1,中子自旋为1/2。实际上,自旋是微观粒子所具有的内禀属性。

內禀属性就是指粒子基本性质,如同它的质量和电荷一样。比如说电子、光子或者中子,它们的质量、电荷和自旋都有确定的值,改变了就不是电子、光子或者中子了。

什么东西都可以量子化吗,量子化证据是什么(6)

我们还可以拿经典的陀螺做对比。在经典世界玩陀螺的时候,它可以自转,自转的速度也可以改变。但是不管它自转的速度是多少,这个陀螺还是这个陀螺,它没有变化。那也就意味着在经典世界里,角动量或者自转不是经典物体的一个内禀属性。而通常来说,微观粒子具有这种内禀自旋。

但是为什么会具有这样一种内禀自旋,它到底是怎么来的?科学上我们也无法解释。

小到原子,大到浩瀚宇宙,自旋与我们生活的一切息息相关

我们刚才说到,世界都是由原子构成的,原子、电子、中子等微观粒子都有自旋,也就意味着自旋是无处不在的。小到原子,大到浩瀚的宇宙,我们生活中的一切都与自旋息息相关。这种自旋的现象对我们到底有什么意义呢?它有哪些用途?

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给大家举几个例子。首先就是现代存储,它是与自旋息息相关的。与现代存储相关的巨磁阻效应实际上引爆了一场磁性内存的革命,使得现在一个小小的U盘就能够存储大量的数据。我可以自豪地告诉大家,自旋实际上开启了现代磁学的黄金时代

再举一个大家非常熟悉的例子,大家或许都去医院做过核磁共振(磁共振成像),但很多人可能还不知道,其实核磁共振就与自旋相关。探测的信号就是我们人体内氢核自旋的信号,通过分析氢核自旋信号就能够诊断出疾病。

在医院做核磁共振检查的时候,通常在检测室外能够看到“当心强磁场”的标志,医生也会叫你取下身上的金属物、项链,还有磁卡等物品,这是为什么呢?

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