Page 129 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

对论相矛盾的。因此，狄拉克指出，电子自旋角动量纯粹是一种相对论量子力学效应，不对
应于电子的任何空间运动，与所谓电子“自旋”毫无关系，所以不能用电子或电荷的空间运

动来描述电子的自旋角动量和自旋磁矩。电子自旋及其相应的磁矩反映的是电子内禀运动的
特性，虽然自旋这个力学量具有角动量的一般性质，但不能将它简单地视为电子的“自转”，
而应当理解为电子内禀运动的一个自由度。这样的解释更多的是一种数学意义上的解释，对
于从物理上理解电子自旋没有任何帮助，甚至有所妨碍。
为了更好地理解电子自旋，我们把（8.16）式
S  mc r  m e c r  mu r  0
0
改写成
S  P r  P  r  P u r  0 （8.29）
0
0
上式表明，电子自旋角动量实际上是电子波包内部的物质运动所产生的动量矩。根据电子波
包模型，可以这样来理解电子自旋角动量：S 是组成电子的电磁波样物质（m）以绝对速度
c 在半径为 r 的波包内运动所产生的动量矩（即 mcr=Pr），它恒等于静电子的电磁波样物
质（me）以绝对速度 c 在半径为 r0 的波包内运动所产生的动量矩（即 mecr0==P0r0）。由于
me、c、r0 均为常量，故电子自旋角动量 S 为常量，也就是说电子自旋的动量矩与电子的空
间运动状态无关。运动电子的质量增大但半径缩小，质速效应和尺缩效应相互抵消，结果动
量矩保持不变。上式第三个等号右边是静止电子的时间动量矩，意味着电子自旋角动量可理
解为电子的时间动量矩（即 Pr=Pur0），所谓电子自旋实质上就是电子的时间运动。根据物
质绝对运动模型，粒子的时间动量和时间位移是相对性不变量，所以，电子自旋角动量的不

变性所反映的就是时间动量和时间位移的不变性。
由（8.22）式
  ec r 

可以这样来理解电子的自旋磁矩：μ是电子电荷 e 以绝对速度 c 在半径为 r 的波包内运动所
产生的磁矩。如果把 ec 视为电子电荷的运动量，则磁矩μ可定义为电荷运动的动量矩（ec∙r）。
运动电子的磁矩μ将随电子的运动速度的增大而减小，只有静止电子的自旋磁矩等于一个玻
尔磁子（即μ0=ec∙r0=μB），而原子中束缚电子的磁矩则可能大于玻尔磁子。

现在我们可以给电子自旋及其自旋磁矩一个唯象的解释：电子是一个三维驻波波包，组
成这个波包的物质是以绝对速度 c 运动的电磁波样物质，电子自旋是这些电磁波样物质在波
包内部运动所产生的动量矩，而电子自旋磁矩可归结为电子电荷在波包内部运动所产生的电
荷动量矩。
在上一章中，我们根据物质波函数所满足的非线性薛定谔方程和描写量子流体的 GP 方
程的相似性，将组成粒子波包的物质类比于量子流体，推测电磁波样物质可能是一种具有超
流性质的物质。那么电子波包就可以看做是一种超流体物质波包，电子自旋可进一步理解为
具有超流性质的电磁波样物质在电子波包内部沿一定方向的流动，这是一种类似超流体的无
粘滞流动，可以把这种物质流动称为“物质流”，电子自旋角动量的方向取决于物质流动的

方向。可比照经典情形，按右手螺旋规则由物质流的方向确定自旋角动量的方向。至于“物
质波”，则可视为物质流所导致的物质空间分布的波动，物质波函数所描述的正是波包内部
各空间点的物质密度幅随时间（或相位）的周期性变化。由此可见，物质波和物质流两者密
切相关，电子自旋角动量是物质流的动量矩，物质波则是物质流导致的物质空间分布的波动，
两者应存在对应关系，譬如物质波函数中的相位与自旋角动量的空间取向可能是一一对应

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