天使萌 snis887:什么是光谱？电子自旋又是怎么回事？

复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，按波长（或频率）的大小依次排列的图案。例如，太阳光经过三棱镜后形成按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫次序连续分布的彩色光谱。红色到紫 色，相应于波长由7,700—3,900埃的区域，是为人眼所能感觉的可见部分。红端之外为波长更长的红外光，紫端之外则为波长更短的紫外光，都不能为肉眼所觉察，但能用仪器记录。
因此，按波长区域不同，光谱可分为红外光谱、可见光谱和紫外光谱；按产生的本质不同，可分为原子光谱、分子光谱；按产生的方式不同，可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱；按光谱表观形态不同，可分为线光谱、带光谱和连续光谱。

量子力学中称为“自旋”的量有时被认为所有物理量中最“量子力学”的。这样，我们对之稍微多加注意是明智的。什么是自旋？它本质上是粒子旋转的度量。“自旋”这个术语暗示某种像板球或棒球自旋的东西。让我们回忆一下角动量的概念，正如能量和动量一样，它是守恒的只要物体不受摩擦力或其他力的干扰，它的角动量就不随时间改变。量子力学的自旋的确是如此，但是我们这里开心的是单独粒子的“自旋”，而不是大量的单独粒子围绕着它们共同质心的轨道运动（这正是板球的情形）。物理学的一个显著事实是，自然中发现的大多数粒子在这种意义下的确是在“自旋”，每种粒子都有自己固有的自旋的大小8。然而，正如下面要看到的，单独量子力学粒子的自旋有一种我们绝不能从自旋着的板球等等的经验所能预料到的某种特殊的性质。

首先，对于每一特殊类型的粒子，其自旋的大小总是一样的。只有自旋的轴的方向可以（以一种我们就要讲到的非常奇怪的方式）改变。这和板球的情形形成全然的对比，板球可依出球方式的不同具有任意大小任意方向的自旋，对于质子，中子，电子，自旋大小是原先允许的一个原子的量子化的角动量的最小正值的一半。
每一个粒子都不自旋的对象不允许有这个角动量值。它只能是由自旋为粒子自身的固有的性质而引起的（也就是说，不是因为它的“部分”围绕某种中心的公转引起的）。
参考资料：http://www.channelwest.com/bbs/showprint.asp?topic_id=833&forum_id=12

1、光谱：
对一束光中各种频率光成分的分析结果就叫光谱。举例说的话，彩虹就是我们日常生活中能见到的太阳光谱的可见光部分。吸收光谱是相对原光源光谱而言的。光通过物质后，其光谱上有些部分没有变化，有些部分变化不大，而有些部分显著减弱——这个光谱就叫吸收光谱。这个光谱有助于了解那个物质的性质或判断它是什么。

2、电子的自旋：摘自科学月刊
打从开始学近代物理或化学起，我们便被灌输电子自旋这一观念。可是你有没有想过电子自旋究竟是怎麼一麼事吗？电子在许多的实验中所表现出的性质是一个点，可是一个点的自旋是什麼意思呢？或许你也听说过，电子有一个大小，并不是一个数学上的点。对吗？让我们回顾一下在1925年最先提出电子自旋观念的高兹密（Goudsmit）及乌伦别克（Uhlenbeck）当时所遭遇到的困扰。如果不是因为他们那时还是个无名小卒的研究生，提出电子自旋的人大概便不是他们了！底下是乌伦别克的回忆：

「在研读泡利（Pauli）的一篇文章后，高兹密和我突然想到自旋的这一概念。泡利的那一篇文章裏，不只包括了著名的不相容原理，同时也第一次的给予每个电子以四个量子数。可是美中不足的是他却未为那四个量子数描绘出一个实体的观念。对我们来说，这是相当奇怪的。因为当时的物理学家早已认为每一个量子数均有其相应的自由度。同时，我们也认为电子是一个数学上的点，因此只能有三个自由度而已，所以实在无法了解第四个量子数是如何产生的？除非电子是一个能旋转的小球……。

「后来，在指导教授厄伦费斯特（Ehrenfest）的提醒下，我们找到了一篇阿伯拉汉（Abraham）的论文。该篇论文裏述及，一个表面带电的旋转球体的回转磁比率（gyromagnetic ratio）是电荷作轨道运动时的两倍。

「这发现对我们是相当大的鼓励，可是当我们计算出，（为了要说明其磁矩的大小）电子表面的旋转速率必须比光速大上几倍，因而违反狭义相对论后，我们的失望也是可想而知的！

我还记得这些想法都是在1925年9月末的一个下午发生的。我们虽然兴奋，但决没想到发表任何论文，因为这些看来都太离谱与投机了，一定在什麼地方有错！尤其是像波尔、海森堡及泡利这些大师均从未提过类似的假设。可是，我们还是告诉了厄伦费斯特教授，他却立刻深受吸引。我想主要的原因大概是因为我们的假设具有较实在的物理量，符合他的胃口之故。他又提出一些问题来讨论：例如早在1921年，康普顿就已想过，电子自旋的观念可能就是磁的最小单位的所在。最后，他说自旋的观念如不是非常重要，就是无稽之谈，因此建议我们写篇短文给他。

然后我们再一起去请教（电磁学大师）罗伦兹（Lorentz）。罗伦兹不只以他那人尽皆知的慈祥接待我们，并且还表现出很感兴趣的样子——虽然我觉得多少带点悲观。他答应将仔细想一想。一个多礼拜后，他交给我们一整洁的手稿。虽然我们无法完全了解那些长而繁的有关自旋电子的电磁性计算，但很明显地，如果我们对电子自旋这一观念太认真的话，则将遭遇到相当严重的难题！例如，依质能互换的原则，磁能便会大得使电子的质量必须大於质子；或者如果我们坚持电子的质量必须为已知的实验数值，则电子必须比整个原子还大！高兹密及我都认为至少在目前我们最好不要发表任何东西。

可是当我们将决定告诉厄教授时，他回答说：「我早已将你们的短文寄出去投稿了！你们俩还年青得可以去做一些愚蠢的事情！」

后来呢？电子自旋的概念在整个量子力学的系统裏，脱出了「点」与「非点」这类的争论，而被物理学界普遍接受。今天当物理学家用「电子自旋」这一术语时，有他们特定的运作定义，绝不虚幻，但也绝不表示电子是一个旋转的小球（因为那将与实验不符）；但是有时把电子看为自转的小球，可以帮助我们理解与教育初学者。

赖昭正现任教於清大化学系。

高中三年级物理书上有

问物理老师最清楚.