神奇的物理門外漢(下篇)—自旋的發現

2020-11-29 妞妞碎碎念

1921年,一個門外漢就是說,誰說沒有辦法驗證,我就能。唉這位門外漢叫做斯特恩。為啥叫門外漢?因為他原來是研究這個分子運動,就是研究熱力學的。這個偶然間聽了一個報告,他這個報告上面講的就是空間量子化,一想著這個這麼多年沒有人是通過實驗驗證,我能不能做一個實驗把這個驗證驗證,而且他本人是不相信空間量子化,他說我就不信這些原子它能是整整齊齊都是這麼排列的,他還曾經跟他一個這個朋友開玩笑,他說如果空間量子化存在,我就從此不搞物理了!

因為他是研究分子的嘛,所以想把這個分子和原子變成一束,對於當時的技術來說已經很成熟了,所以對他來說這就是家常便飯,然後呢他就找了一個助手叫做蓋拉赫,這兩個人一起做實驗,所以這個實驗就叫做斯特恩蓋拉赫實驗,那這個實驗是怎麼做的?就是把一束加熱的銀原子,通過一個非均勻磁場,就是這個磁場還必須得是非均勻的,因為在這個均勻磁場下,銀原子受到的合外力為零,那比如說啊這是一束這個加熱的銀原子,然後呢現在給它通過一個非均勻磁場,為啥要給這個原子加熱?就是為了讓它雜亂無章的運動,就讓它的軌道有這樣的有這樣的,有什麼樣的都有。

然後呢在這個這邊有個接收屏,看這個原子啊打到屏上是什麼樣,那如果這個角動量要是不存在量子化,那就是說這個原子啊什麼角度都有,什麼角度都可以允許出現,那最後在這個光屏上它就會出現一條連續的光斑,因為只探測的是這方向,就是一個豎直方向的磁場,那如果這個角動量要是亮的話,那這個光斑它就只能出現特定的值,它就不是一條連續的啊,就是間斷的,因為這個角動量在豎直方向的投影也是量子化嘛。所以按照這個玻爾的理論啊,在這光屏上啊就只能出現兩個點,因為角動量量子化呢只能取兩個值,那索默菲說呢能出現三個點,就是說在這個Z方向上R只能取三個值。

那這個斯特恩就說那我就驗證一下,看看有幾個值就完了嗎?如果要是連續的他倆就錯,如果要是取了兩個值或者三個值不就知道他倆誰對了嗎?於是呢這個斯特恩和蓋拉赫就開始做實驗,實驗做完了蓋拉赫拿著技術屏一看,說老師,屏上什麼都沒有,斯特恩說不可能,我明明看到出現了啊,後來研究啊是因為這個斯特恩啊平時呢喜歡抽雪茄,然後這搞物理的都比較窮,所以他抽的都是劣質雪茄,這裡邊含有很多硫,我們現在是這個硫一遇到這個銀就變成硫化銀了,所以就顯現出來了,那這個實驗結果是啥,在這個光屏上還真就出現了兩個點,也就是說,這個銀原子通過非均勻磁場它就分裂成了兩數,倆人一時間就覺得這是玻爾對了,空間果然存在量子化,不過啊按照這套理論,你反常塞曼效應還是解釋不了,後來人們才發現,這並不是解釋了玻爾的這個理論,而是發現新東西了!什麼東西呢?就是自旋。

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