自旋锁和互斥锁的区别-自旋1\/2什么意思
一,自旋(spin)字面的意思是自己围绕自己转的意思。有一种常见的类比,把电子的轨道运动类比为行星围绕太阳旋转的轨道运动,而把自旋类比为行星自己围绕自己转的运动。这种类比很形象,但可惜是错的。
在量子力学中,电子的运动是用波函数来描述的,严格说讲电子能围绕原子核做轨道运动也不对。我们可以用一系列复函数ψ来倒推出原子中电子的磁矩在z方向上的取值。
在量子力学中,电子在原子核附近的运动是可以严格求解的,求出来的结果是l等于0和正整数,m的取值是-l,-。因为只要假设电子具有有限的大小,这个量子力学方程对角动量的解只能导致整数解,而我们现在需要的是1/2。这个问题最终要等到狄拉克写出电子的相对论性量子力学方程才算解决。
我们一般用一个二分量的列向量来表示自旋1/2,比如:
我们发现这里对α和β,确实周期是4π,也就是科普书中常说的转两圈回到初始状态,这里所谓转两圈是表示自旋的波函数(态矢量)经历了一个α->α+4π或β->β+4π的变换。
二
自旋是微观粒子的一个性质。这里所说的微观粒子可以是基本粒子,比如电子、夸克、质子,也可以是基本粒子组成的复合粒子,比如原子核、原子。
自旋与微观粒子的转动性质有关。
在物理学中,对称性是一个重要的概念,意思是改变观察的方式并不能改变系统的物理性质,而且一个对称性对应一个守恒的物理量。后者是女数学家诺特提出的诺特定理。
如果某个系统今天的物理性质与明天的物理性质一样,这叫做“时间平移不变”,它对应于能量守恒。
再比如,类似地,如果一个微观粒子具有转动对称性,也就是说不管将它转动多少角度来观察,物理性质保持不变,那么,它沿着转动轴的角动量守恒。如果沿着任何方向的转动都不改变物理性质,那么它沿着任何转动轴的角动量以及总角动量都是守恒的。
角动量中,一部分是按照经典的角动量来的,叫做轨道角动量,也就是可以由位置和动量给出。
剩下的那部分角动量就是自旋。 这是完全量子的性质,没有经典类比。每个粒子的总自旋以及沿任意方向的分量都决定于一个非负的整数或半整数,叫做自旋量子数,或者简称‘自旋“。这是这个粒子的内禀性质。电子、质子、中子的自旋量子数是1/2。
自旋量子数是非整数的粒子属于费米子。费米子的每种状态(考虑各种指标)只能由一个粒子占据,这叫泡利不相容原理,这导致原子中的电子壳层。自旋量子数是整数的粒子属于玻色子,它们没有泡利不相容原理的限制,所以有玻色-爱因斯坦凝聚。
三
任何一个粒子都是运动的,它的运动可分解为沿轨道的运动和绕自身转轴的转动。就象地球一样一边绕太阳转动一边绕自身轴转动。对于微小粒子来说,它绕自身轴的转动称为自旋,自旋的角动量的大小不是连续的,只能等于一个非负的整数或半整数倍,叫做自旋量子数,或者简称‘自旋“。