自旋

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「玻色子」是基本粒子,它有一些特色:
1.自旋(Spin)為整數。
2.波函數(Wave function)為對稱。
3.能階(energy level)上,可以容納無限顆粒子。
4.有角動力。
5.可形成磁場。
6.不可分割的點粒子。
以上基本粒子的特性研究,
是1925年時,有三人貢獻卓著,尤其在自旋與角動量方面:
1.拉爾夫·克勒尼希(Ralph Kronig,1904年3月10日—1995年11月16日),他是德、美雙藉物理學家,發現粒子的自旋與x-射線吸收譜理論。
2.喬治·烏倫貝克(George Eugene Uhlenbeck,1900年12月6日~1988年10月31日),荷裔美籍理論物理學家。他在1925年9月中旬,與合作伙伴,荷、美籍物理學家山繆·古德斯米特(Samuel Abraham Goudsmit,1902年7月11日—1978年12月4日),荷蘭-美國物理學家,共同發現了電子的自旋。
3.塞繆爾·古德斯米特(Samuel Abraham Goudsmit,1902年7月11日~1978年12月4日),荷蘭、美國物理學家,與喬治·烏倫貝克於1925年提出了電子自旋概念。
他們發現了電子的磁場,便把電子想像成為一個帶電、富有質量的球體,透過自旋而產生一個方向的力與磁場,把這些現象說成為「自旋」。
後來的科學家,發現基本粒子是一種不可分割的點粒子(particle)。
這些點粒子的自旋與角動量是與生俱來的內在性質。無論如何,最令人著迷的就是「自旋」。

自旋的意思是自己在「旋轉」(rotate)。
物品會旋轉,人也會旋轉,這種旋轉,大家都已經懂得。因此,地球始終在旋轉,而人類生活其上,就是生活在一個巨大的旋轉木馬上。這種轉動的概念,大家大致上已經明白,確知地球一直在運動。然而,人類卻感受不到地球在轉、在動。

為什麼?
因為人與地球同步,地球始終等速自轉,人在其上面,無法察覺到。如果地球轉動忽快忽慢時,人才會感覺到;如果是忽快忽慢時,生物與人類就很難生存了!
地球的自轉速度相當快,每小時是1,674.4 公里(km/h);每秒是466 公尺。地球的自轉,是自西向東轉。地球繞自轉軸轉動,這是地球的一種必要而且是重要的運動。
地球的另外一種轉是公轉,繞著太陽在轉。地球的公轉速度是:每秒29.8公里;每時10.728萬公里。地球周長是:4.0076萬公里。地球轉動時是依照南極、北極的軸線。

什麼是北極?
就是地球在北方的一個終極點,可稱為地理北極或陸地北極,是地球自轉軸在北半球與其表面相交的點。除了北極之外,另有一個點,叫做「北磁極」(north magnetic pole)。
「北磁極」這個點,跟「北極」(North Pole 或Arctic Pole)不相同。「北極」不會移動,而「北磁極」會移動。2000年時代的「北磁極」的地點在加拿大。到了2025年時,「北磁極」卻移動到了俄羅斯。「北磁極」每年都在移動,有快、有慢,大約每天移動20.5公尺。最快時,每年移動可達60公里以上,現在每年大約移動50-60公里。而近年來,北磁極的移動,逐年在減慢,將來會低於50公里。

地球有北極,自然也會有南極。
南極位在南極洲,是地球自轉軸與其表面相交的另一個點。地球自轉一天是24小時。2022年6月29日,地球自轉比 24小時少了1.59 毫秒,地球自轉變快了,這創下了世界紀錄。

為什麼?
原因有很多,如:
1.熔融核心。
2.海洋和大氣的複雜運動。
3.月球等天體的影響。
4.氣候變遷,致使兩極的冰山融化了。
5.角動量守恆決定了圍繞其重心分布更緊密的質量旋轉得更快。
當一個物體具有「角動量」時,即代表正在旋轉。

宇宙在轉,地球在轉,物質也在轉嗎?
當然,連「玻色子」、基本粒子都在轉。只是宇宙、地球的轉是「旋轉」,而原子、電子的轉是「自旋」。宇宙的一切都在轉!
那就轉吧!宇宙!繼續轉吧!


黃振輝/2025.5.18.

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黃振輝的宇宙人生
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黃振輝的宇宙人生
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