我找到了打开量子世界大门的钥匙( 二 )


这样,我们就能完全理解斯特恩-盖拉赫实验了。
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问:为什么银原子经过磁场会分裂成两束?
答:因为银原子最外层有一个电子,电子的自旋可以取大小相等,方向相反的两个值(±1/2)。所以,银原子整体就表现出具有大小相等,方向相反的两个自旋角动量,这样它们经过不均匀磁场的时候,自然就会分裂成上下相等的两束。
斯特恩-盖拉赫实验弄清楚了,好戏才刚刚开始,因为更精彩的是级联斯特恩盖拉赫实验。
级联斯特恩-盖拉赫实验,顾名思义,就像三级火箭那样,一级连着一级,所以叫级联。具体到实验里就是,我们让一束银原子经过一个不均匀磁场,银原子分裂成了两束。
然后我们把其中的一束挡住,让另外一束再次通过一个不均匀磁场(磁场的方向可以与原来的不同)。当然,你要高兴,还可以到后面再级联一次。
我找到了打开量子世界大门的钥匙
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这个级联斯特恩-盖拉赫实验,我们一共做了三次。
第一次实验:我们让银原子通过z方向的磁场(本文后面提到的磁场,未加声明时均指不均匀磁场),银原子分裂成了两束。然后,我们把下面那一束挡住,让上面那一束再次经过z方向不均匀磁场。
你猜结果怎么着?第一次通过z方向磁场的银原子,再次立马通过z方向磁场,银原子依然只有一束,并没有再次分裂成两束。
银原子第二次没有分裂成两束,意味着银原子们第二次只受到了一个力的作用。只受到一个力,自然就意味着第二次银原子角动量的取值,只有一个。
这就说明,一开始银原子在z方向的角动量可以取两个值,经过第一个z方向磁场以后,上面一束银原子的角动量在z方向上就只能取一个值了。这样,它们在第二次通过z方向磁场时,才能不分裂为两束。
第二次实验:这次实验跟上次类似,也是两级的级联。跟实验一唯一的不同,就是银原子第一次通过z方向的磁场分裂成两束后,我让上面的银原子再次通过的磁场是x方向的。
也就是说,银原子第一次经过的是z方向的磁场,第二次经过的却是x方向的磁场。但是,实验二的结果却跟实验一不一样,银原子经过第二个x方向的磁场时,居然又再次分裂成了两束。
这意味着啥?这意味着通过第二个磁场的时候,银原子在x方向上的角动量可以取两个值。
通过第一个z方向磁场的时候,银原子分裂成了两束。我们挡住下面那一束,让在z方向上只能取一个值的上面一束(实验一的结论)再次经过x方向的磁场,结果在x方向上又分裂成了两束。
当然,这个结果似乎也并不是那么难理解。因为我们第一次只是筛选了一下z方向的角动量,并没有筛选x方向上的,因此,我们觉得第二次经过x方向的时它再次分裂也不奇怪。
但是,如果我在后面再加一个磁场呢?
第三次实验:在实验二的基础上,我们又加了一个z方向的磁场。也就是说,我们第一次让银原子经过z方向磁场,银原子分裂成了两束。我们让其中一束经过x方向磁场,结果银原子又分裂成了两束。
那么,经过了一次z方向磁场,一次x方向磁场之后,我们再让一束银原子再次经过z方向的磁场,你们猜结果会怎么着?
你是不是在想:第一次经过z方向磁场,我们已经把所有的银原子分成了两部分,我们去掉了一份,那剩下的银原子在z方向上的角动量应该都是一样的了。
同样,第二次经过x方向磁场时,我们相当于把银原子在x方向上又筛选了一遍,经过了磁场以后,每一束银原子在x方向上的角动量应该都只有一个确定的值了。
那么,经过了两轮筛选,我们要的银原子应该已经很纯了,它们在z方向和x方向上的取值应该都是唯一的了。所以,后面不论是再经过z方向的磁场还是x方向上的磁场,银原子应该都不会再分裂了吧?因为它们已经经过两次提纯了,剩下的都是在z和x方向只有一个取值的银原子了。
但是,结果让人大跌眼镜:经过z方向和x方向的磁场以后,你再让一束银原子通过z方向的磁场,银原子居然又分裂成了两束!
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惊不惊喜,刺不刺激?你给我翻译翻译,什么叫惊喜?这就叫惊喜!
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如果你一路思路清晰的走到这里来了,你现在肯定两耳发翁,脑袋发懵。因为这不科学,怎么会又分裂成两束呢?怎么感觉前面白筛选了,我的筛子漏水了,不好使了?
这不是不科学,而是不「经典力学」。

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