主题：【原创翻译】《量子》----第二部·男孩物理 -- 奔波儿

按照经典物理学的理论，人们在日常生活中所见到的旋转运动能够指向任何方向。但是，乌伦贝克提出的是量子自旋（Quantum Spin），这是一种“双值型的”自旋运动，即“向上”或者“向下”。根据他的描述，这两种自旋状态对于电子而言就是在其围绕原子核旋转的同时，它还环绕着一根垂向轴做顺时针旋转或者逆时针自旋。假如电子这样运动的话，那么它就会产生自己的磁场，就像是一个亚原子磁棒（Subatomic Bar Magnet）。电子可以按照与外部磁场相同或者相反的方向排列在一起。第一次，人们认识到在电子可以依存的这些轨道上，电子总是成对出现，其中一个“向上”自旋，另一个“向下”自旋。然而，这两种自旋方向所拥有的能量虽然相似但并不完全相同，这就会产生两个存在微小差异的能级，并引起了碱金属原子的双谱线，即在谱线图上本应该只存在一个谱线的地方却出现了两个彼此间隔极小的谱线。

乌伦贝克和古德斯米特指出电子的自旋可以是正负1/2，而这两个值正好满足了泡利所提出的这第四个量子数应该是“双值型的”限制条件。

10月中旬，乌伦贝克和古德斯米特写就一篇仅仅只有一页纸的论文，并把文章交给埃伦费斯特审阅。在这篇论文中，作者的排序是按照二人姓氏字母顺序排列的（即古德斯米特（Goudsmit）在前，乌伦贝克（Uhlenbeck）在后），他建议二人调换一下作者的排序。因为古德斯米特已经就原子谱线问题发表过好几篇反响良好的文章，所以他考虑到读者可能会误以为乌伦贝克只是一位参与文章撰写的新人。古德斯米特对此表示赞同，因为“提出自旋观点的人是乌伦贝克”。但对这一概念自身是否可行，埃伦费斯特并不确定。为此，他写信给洛仑兹，征询“他对这一奇思妙想的判断和意见”。

洛仑兹当时已经72岁，退休后一直住在哈勒姆（Haarlem），尽管如此，他依然每周一次访问莱顿，给学生上课。星期一的早上，在洛仑兹下课后，乌伦贝克和古德斯米特与他会了面。“洛仑兹并没有打击我们，”乌伦贝克说“他沉默了一会儿，然后说这个想法很有意思，他需要考虑一下。”一、两周后，乌伦贝克从洛仑兹手中收到了最终判决，这是一摞列满了数学公式的纸，洛仑兹的计算结果与自旋的判断相左。洛仑兹指出，自旋电子的平面的移动速度将会超过光速，而根据爱因斯坦的狭义相对论理论，这种情况是被严格禁止的。接着，又一个问题被发现了。根据自旋电子理论，碱金属元素的双谱线会出现进一步的分裂，也就是说，理论数目将会是实测数目的两倍。乌伦贝克请求埃伦费斯特不要提交这篇论文，但太迟了，因为埃伦费斯特早就把文章发给了杂志编辑部。“你们都很年轻，就算是做了件傻事也很正常”，埃伦费斯特安慰他说。

这篇论文于11月20日正式发表，玻尔对其表示强烈质疑。12月份，他启程前往莱顿，参加为纪念洛仑兹荣获博士学位50周年而举行的庆典。当他的火车缓缓停靠汉堡火车站时，泡利正等候在站台上，他想询问一下玻尔对电子自旋理论有什么看法。玻尔说这个概念“非常有意思”，这种模棱两可的态度意味这他认为电子自旋理论存在问题。他提出一个疑问，电子是在带有正电荷的原子核所产生的电场中运动的，而要产生这种完美的结构，电子和磁场之间到底是什么样的关系？载着玻尔的火车抵达莱顿，有两个心急火燎地想知道他对自旋理论有什么观点的人正在火车站候着他，他们是爱因斯坦和埃伦费斯特。

玻尔讲述了他对于与此相关的磁场问题的质疑，埃伦费斯特说爱因斯坦已经利用相对论解决了这个问题，这让玻尔非常震惊。玻尔随后承认爱因斯坦给出的解释就像是一道“完美的神启”。所有那些与电子自旋理论有关的残留问题即刻就会迎刃而解，对此，他现在抱有十足的信心。洛仑兹所提出的反对意见是建立在经典物理学上的，在这一领域，他是大师级人物。但是，电子自旋是一个量子概念。因此，洛仑兹所指出的问题并非像大家开始想得那么严重。英国物理学家卢埃林·托马斯（Llewellyn Thomas：1903～1992）解决了第二个问题。他指出当计算电子在其环绕原子核的轨道所做的相对运动时，出现了一个计算错误，而这一错误引起了碱金属元素的双谱线进一步分裂并产生了多余的两根谱线。玻尔在1926年的三月写道：“我们的苦难马上就要结束了，对此，我坚信不移。”

第七章·自旋博士（8）

• 【原创翻译】《量子》----第二部·男孩物理
• 【原创】《量子》----第七章·自旋博士（6）