电子自旋：斯特恩—革拉赫实验揭示了双重命运

3.杜绝隐喻

斯特恩—革拉赫实验首先用于原子束，按照原子的磁取向束流被分离成“上”和“下”两支。但不久人们就获悉，种种物体，不只是原子而且包括电子那种亚原子粒子，在穿过斯特恩—革拉赫装置时也经受一个类似的命运。这原理是一个普遍的道理：任何一个物体的射束都能在古典物理学的透视中想象为，小磁棒被发现分裂为不同的束，而不是展开成不同路径的一个连续区。

你可以这样想象由围绕核做轨道运动的电子旋转所产生的原子的磁性，它恰似在一个铜线圈中形成电流的电子会产生磁场。但是对于电子本身——带有电荷的极微小的单个粒子，就人们所知它没有内部构造——那个图像似乎不适用。然而一束电子，就像一束原子，将被斯特恩—革拉赫磁铁分成“上”和“下”两束。

（现在我们将轻描淡写地说及一个小的技术性的困难。因为电子不完全像原子，它携带一个净电荷，任何磁场都将对它施加一个力，在电脑监视器或电视机中引导和驾驭一束电子在屏幕上绘画的是这种力。然而，这种力来自不同于斯特恩—革拉赫装置中成直角的特殊的磁配置所产生的那种力，并且在这里电作用代替了磁作用，依电子的属性它们被分成两束。在任何情况下我们认为这样做是可准许的：一个适当的装置的确能按我们希望的方式分开电子，并忽视其他的电磁效应。）

你可以认为电子像陀螺一样旋转，旋转的电荷产生磁性，因而被斯特恩—革拉赫磁铁测量的一个电子的性质——显现出“上”或“下”——是物理学家们所知的“自旋”。但是，以电子是个微小的旋转陀螺这种比附想象“自旋”，会使我们陷入困境，因为当一个电子穿过一个斯特恩—革拉赫磁铁时，量子类型的自旋并不像我们所期待的那样像一个纯机械的和经典的自旋那样行为。(www.xing528.com)

当我们把电子“自旋”看做处于不确定的、不明确的状态——部分朝上，部分朝下，好像是一个微小的旋转陀螺能同时以两者的方式存在——我们就获得一个我们不能简单地想象的图像。有充分的理由认为，一个真正的自旋完全不像是这样。

如果我们想插入一点对斯特恩—革拉赫磁铁的可能的描述，我们只需要说电子有这样一个确定的性质，当它们穿过一个磁场时因为走这条或那条途径，以至于单一的电子束被分成两个。

我们可以称这种测量结果为“上”或“下”以及“左”或“右”，无任何特别需要了解电子在磁铁中正在进行的过程并且因为我们现在不是操心以什么更根本的方式描述我们实际测量的那个电子的性质是什么（因为，采纳这种严格的哲学，我们能理解任何一个物理性质“是”什么只在于它作为某种测量的结果），把未测量的电子看做具有某种性质的一个不确定值，我们一直存心忽略定义，这或许是有点不可理喻。你是否明白我的意思？

另一方面我们需要一个速记的方法，它涉及斯特恩—革拉赫磁铁和它们的测量对象，所以我们将经常谈及电子自旋，好像它是某种熟悉的性质。但是要记住，这类自旋不应很字面地理解。