為何我們無法察覺到巨集觀物體在量子意義下的 自旋 ?

時間 2021-05-11 12:25:56

1樓:Quantum Engineer

核磁共振啊!我們在醫院做的MRI (magnetic resonance imaging)就是直接測量原子核的自旋。

大概解釋一下原理吧。原子核帶電,所以自旋的時候會有磁矩,有外磁場的時候磁矩朝上朝下的能量不一樣。核磁共振一般用氫,因為有機物裡面都含有很多的氫。

在室溫下氫原子核的磁矩(自旋)會傾向於與磁場同向排列,這就導致整個樣品(比如我們的身體)在磁場中會有乙個淨磁矩,這個時候可以用射頻訊號把原子核的自旋轉到和磁場垂直的方向,自旋就會繞著磁場進動。類似於自轉的陀螺如果被推歪一點,轉軸會繞著重力方向進動。原子核進動會產生乙個週期的電場,從而可以被電學儀器接收。

而這個電場的頻率收到原子核所處的化學環境影響,因而核磁共振技術可以用來診斷身體器官的病變。

2樓:竹竹

一般理解原子中的自旋包括原子中的電子自旋和核自旋。這些通過氫原子的精密光譜實驗中是可以看到的,也就是可以通過「巨集觀」實驗觀察到的。

但是這種自旋不能簡單的理解為巨集觀的物體在自轉。即使微觀的電子也不能理解為電子在自轉,因為電子不是一般意義上理解的想球一樣的「粒子」,而是在空間中的機率分布。這也就是量子力學中的波粒二項性。

電子表現的更像是一種波的形式。自旋實際上是為了解釋實驗現象人為創造的乙個量子化的物理量。不具有像是乙個球在自轉這樣的巨集觀意義。

3樓:Fabs

在反常塞曼效應中我們可以觀測到電子自旋存在的依據。而自旋並非自轉。是粒子的內稟屬性。體現為粒子的一種角動量。

可以參看錢伯初老師的量子力學課程,若將自旋理解為自轉,則表面自轉速度至少要達到140個光速。顯然有些不合常理。

4樓:

我理解為,巨集觀上發現氫原子光譜的譜線在高分辨下會有兩條,以及其他說明電子其實有兩種狀態的現象。

人們發現如果認為電子有自旋角動量就可以解釋這種現象,所以就強行把電子的這兩種狀態命名為自旋向上和向下。

但自旋並不能模擬為巨集觀物體的自轉。

是先有現象再提出自旋的模型的。

5樓:輝夜

難道題主真的以為只有物體旋轉起來才叫可觀察嗎?

自旋本來就是乙個表徵微觀狀態的東西,我們可以認為是微觀狀態粒子的自旋性質導致了巨集觀狀態物質的差異。

舉個最簡單的例子,我們用氫原子光譜來研究電子能級躍遷所消耗的能量(比如1s到2p),精細的譜儀得到的是兩條線而非一條線。如果不存在自旋,按理說這兩個能級的能量是唯一確定的,兩個常數做差可能出現兩個值嗎?所以說這就是電子自身旋轉運動存在的乙個表現(有自旋角動量的存在),但是我們看到的是譜線在旋轉嗎?

還是稜鏡在旋轉,還是什麼在旋轉…

所以說,微觀動態在巨集觀的表徵並不一定是簡單的現象的放大,就好比波長的巨集觀反映可能是顏色;摩擦力的巨集觀反映可能是黏度;散度的巨集觀反映可能是燈泡的明暗;互斥的巨集觀反映可能是晶體的長相……等等,巨集觀現象的差異正是有微觀粒子的不同狀態所引發的,何必糾纏於巨集觀物體是否一定轉起來了呢?

最後,人類的認識本來就是乙個從巨集觀到微觀的過程,我們先是發現巨集觀的差異,再一點點追本溯源看看它的原因究竟是什麼,然後再試圖創作出一套理論體系來描述這種事情發生的規律。一點一點說,粒子的自旋可能會導致分子的結構差異,進而導致分子層面功能差異,最後導致人體的巨集觀差異,就好像癌細胞究其本質與正常基因的差異不過就是分子原子級別,可能就是一點的微觀表徵不同就能決定乙個人是正常的生活工作還是躺在病房裡等待死神的收割,你說,這難道不是一種巨集觀表現嗎?難道這種表現不容易觀察嗎?

是不是看到小寫的字母c找到了大寫的字母C,所以看到小寫的字母a就一定能找到大寫的,放大版的a呢?

所以說,巨集觀與微觀之間千絲萬縷的聯絡,正是一代代人不懈追求的研究目標啊。。。

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