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图一
电子运动轨迹圆柱螺旋线示意图
研究物理必须坚持唯物主义观点:物质的存在必须有形状和大小。宇宙中不存在无形状和无大小的物质。
斯特恩和盖拉赫用非均匀磁场发现了电子自旋,可见电子自旋仍然在电磁相互作用范围内。
奇怪的是电子自旋被称为内禀性质没有经典对应,既然人能测量能区分,自旋就非内禀,用经典的磁场就能测量,自旋必有经典性质,托马斯进动也是属于经典物理。
现在来证明为什么电子只能走圆柱螺旋线:
电子以速度V-向Z方向运动,产生磁场B,
B= μ0eV- /4π
r2 ,
( μ0 是真空磁导率)
(1)
e是电子电荷,r是考查点到电子中心的距离。
电子不是一个点,是有一个范围的小云团从r0到r
, r0是最小半径。
B= μ0eV- /4π
r2
, B0= μ0eV- /4π
r02
(2)
平均磁场是B1,取几何平均值, B1=√(BB0)
B1= μ0eV- /4π
r0r
(3)
f=eV-B1
(4)
B1 磁场使电子受到洛伦兹力的作用,向垂直于Z方向(X或Y方向)以速度V⊥作圆周运动,当洛伦兹力与电子圆周运动产生的离心力平衡时有:
eV⊥B1 =m V⊥2 /r
(5)
V⊥ =erB1/m
(6)
将(3)式代入(6)式得:
V⊥ =
e2r μ0V- /4π
r0r m
(7)
代入
γ 、 α ,
m= γ m0 得出:
V⊥ = V- α2/ γ
(8)
γ是洛伦兹变换系数
,γ=1/√(1-(v/c)2), α是精细结构常数,α
= e2/(2ε0 hc)
由于V⊥>0,电子的运动轨迹是圆柱螺旋线。电子速度接近光速时V-=c ,
V⊥=
0 , 电子的运动轨迹才趋向于直线,此时电子被称为纵向极化。
在斯特恩-盖拉赫实验中,银原子束经过磁场后产生双分裂形成双线。有人认为电子自旋有两个(-1/2 和+1/2
),这种观点是错的。因为百年来从来没有人发现电子束经过磁场后产生双分裂形成双线,电子只有一种自旋(+1/2)否则在磁场中的电子束不可能被聚焦到一点,在同一个磁场中只有正电子才按电子的相反方向运动,只有正电子才带负的自旋
(-1/2)。电子作圆周运动才会产生磁矩,沿着前进方向看螺旋运动的电子在作圆周运动。在斯特恩-盖拉赫实验中,原子的电子有正反两种运动方向,产生正反两种磁矩,通过磁场时受到上下两种力才产生双分裂的。
电子自旋就是电子的圆柱螺旋运动。电子只有右螺旋运动(在电子后面观察、若在电子前面迎面观察则是左旋运动)对应自旋参数
+1/2 ,正电子只有左螺旋运动对应自旋参数-1/2 ,电子的磁矩与电子运动方向有关,当电子前进方向相反时其磁矩也是相反的,这样才能合理解释斯特恩-盖拉赫实验和电子束在磁场中不分裂为二。
电子作圆柱螺旋运动时角动量守恒有:
pr=k
k是常系数
量子化后 :
λ=h/p
这就是物质波的公式,波长λ,
p=mV,电子的圆柱螺旋运动在XZ(或YZ)平面上的投影是拉长的正弦波,被视为物质波是合理的。
自由的电子和电子束中的电子都在作圆柱螺旋运动。原子中的电子也是作圆柱螺旋运动,是被原子核捕获(约束)的作圆柱螺旋运动的电子,此时电子的圆柱螺旋绕核旋转,换一个说法:此时电子在一个球壳中一边绕核作圆周运动一边进动。原子物理中有自旋角动量与轨道角动量的耦合,只有同类作用才能耦合。轨道角动量l
表示电子的轨道类型(园l=0,橢园l=1,2,...),m表示椭圆轨道的空间方向取向,只有原子中核外电子的自旋角动量s可以取值+1/2,-1/2,这里表示在某m轨道中电子圆柱螺旋运动的某方向及其反方向(但是自旋参数
+1/2 不变)。
电子自旋不表示电子绕电子中心旋转,这是人们常常误解的地方。电子自旋是指电子沿前进方向作圆柱螺旋运动的旋转方向。
对其它质量的电荷仍有: V⊥ = V- α2/ γ
即任何电荷运动时的轨迹都是圆柱螺旋线,这是电荷运动产生的磁场对自身作用的必然结果,这是点粒子模型难以理解的。对于复合中性粒子如原子、中子运动时外层的电荷也产生该作用使复合中性粒子作圆柱螺旋运动。对纯中性粒子中微子则没有这种圆柱螺旋运动。
1992产生观点:‘运动电子产生的磁场使电子呈现圆柱螺旋运动’,投过中国物理快报没被接受。
http://blog.sciencenet.cn/blog-531273-1084808.html