Part 1
级联施特恩-格拉赫实验告诉你
人心是多么经不起考验
施特恩-格拉赫实验(Stern-Gerlach Experiment)是物理学发展史上具有重大意义的实验之一。实验的示意图如下:从1处发射银原子,通过2处的狭缝,再通过3处加在竖直(z轴)方向上的不均匀磁场,最后打到光屏上。
施特恩-格拉赫实验示意图 | 图源:参考资料[9]
4是根据经典理论预测的结果(连续分布),而5是实际的实验结果(分散分布)。这个实验很好得证明了原子角动量是量子化的。
这还没结束。如果我们将通过3之后向上偏转的银原子捕获而阻挡住向下偏转的,让这些银原子继续通过一个相同的磁场(如下图所示),会发现出来的银原子依旧全是向上偏转的(好像很正常,没啥问题)
图源:参考资料[9]
但如果我们将第二个磁场换一个方向,变成沿x轴方向(如下图所示),我们发现出来的银原子沿x轴方向分成了上下两束。好像也没啥问题,毕竟加的磁场方向不同,在另一个方向产生分裂无可厚非。
图源:参考资料[9]
但接下来这个实验的结果就让人难以置信了。
我们让偏向x轴正方向的银原子再通过一个z轴方向的磁场(如下图所示),按理说之前我们已经筛选出了偏向z轴正方向的银原子,那么再通过z轴方向的磁场理应还都偏向z轴正方向。
但是,它分裂了!只是因为中间加了个x轴方向的磁场,就让原本只能沿z轴正方向偏转的银原子得以向另一个方向偏转!这是经典物理无法解释也是无法理解的!