电子自旋出现超光速现象吗

Does theelectron spin exhibit superluminal phenomena?

原创作者：徐政龙

2020年11月12日

先摘来一段故事：

克罗尼格(RalphKronig)是美国哥伦比亚大学的博士生，1925年1月，他提出了电子自旋的假设，但还未发表，此时，他正在德国物理学家朗德的实验室访问。巧合的是，泡利也在此访问，于是克罗尼格见到了早已名声在外的泡利，并向泡利提起自己电子自旋的设想。泡利可是出了名的尖刻和爱挑刺，他经常毫不留情面地批评其他人，同时他的指责也有非常严谨的理由。当泡利听了克罗尼格的想法，随即给了他一顿批判，而且毫不留情面，并严厉地指出，如果电子存在自旋，那么为了产生足够的角动量，电子假想赤道表面的线速度将超过光速，这是相对论不容许的。遭受打击的克罗尼格，一下对自己的研究失去了信心，使得克罗尼格并没有发表他那开创性的论文（参考文献）。

后来泡利自己认了错，接受了克罗尼格(Ralph Kronig)关于电子自旋的观点，还创立了泡利矩阵。但关于电子自旋的问题，迄今为止依然没有一个令人信服的解释。目前物理学的解释是：粒子的自旋并非经典的旋转概念，而是基本粒子的内秉属性，和质量、电荷的概念是一样的。（参考文献）

泡利为什么说“如果电子存在自旋，那么为了产生足够的角动量，电子假想赤道表面的线速度将超过光速，这是相对论不容许的”？

我们用泡利的观点来分析电子自旋现象。

电子质量为

,电子半径

,赤道处速度为v，光速为c，降阶普朗克常量为

，自转角速度为

，自旋角动量为

.

如果把电子当做一个刚体球，那么，它的转动惯量

赤道处的线速度为

自转角动量为

而量子力学发现的电子自旋角动量为

联立（2）（3）（4）得到

由（5）解得电子赤道处的线速度

计算的结果是电子赤道的线速度是光速的173倍，即超过了光速。所以，泡利说，如果电子自旋使得电子带有角动量，那么，就要违反相对论。

事实是，恰恰是泡利没有应用相对论。如果应用相对论，那么，电子的赤道速度就不会超光速。

下面应用相对论对计算做一个粗略的改进。

电子绕自转轴旋转，内部物质都是作超流运动，即电子上任何一处的物质都可以接近或等于光速绕轴旋转，所以，电子的质量用

代替

，（5）式改为

由此解得

式中分母中，

比

小两个数量级，如果把

计算在内，计算的结果是

；如果忽略分母中的

，计算的结果

。综合起来说，

。所以，电子自旋产生角动量的观点完全符合狭义相对论。

泡利对相对论也是一窍不通。电子自旋产生足够角动量的观点符合狭义相对论。一个物理学史上的难题就这样被轻而易举地解决了。

参考文献

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1593934802938774504&wfr=spider&for=pc