经过科学家100多年接力,人类终于了解了4.9%的宇宙( 九 )

在对反常塞曼效应的研究中,泡利(Wolfgang Pauli,1900-1958)于 1924年指出,电子应当有一个内禀量子数。在此基础上,次年他进一步提出了泡利不相容原理(Pauli exclusion principle);此原理宣称,不能有两个或更多个电子处于同样的量子态。1925年9月,乌伦贝克(George Uhlenbeck,1900-1988)与古德斯米特(Samuel Goudsmit,1902-1978)指出,电子可以具有量值为 s = ?/2 的自旋(spin)角动量,此即为泡利所言之电子内禀量子数之来源。1927年,泡利为自旋态与自旋算符分别引入了二分量旋量(spinor)波函数与3个二维表示矩阵,称为泡利矩阵,并将它们用在了薛定谔方程之中,从而得到了可以描述电子的非相对论性的运动方程,称为泡利方程。

至于泡利不相容原理,在泡利与狄拉克分别提出全同粒子(identical particles)这一概念后,可以简洁漂亮地发现,它是交换后使波函数反对称的粒子所必然遵循的。而至于为何交换后使其波函数反对称的粒子偏偏是具有半整数自旋的粒子(称为费米子),这个问题则要等到量子场论中应用狭义相对论的因果律才能得以说明。

自从爱因斯坦于1905年提出狭义相对论以后,人们自然有理由相信,任何一个高能理论都应当具有相对论协变性。1926年,克莱因(Oskar Klein,1894-1977)与戈登(Walter Gordon,1893-1939)提出了最简单的相对论性波动方程,称为克莱因-戈登方程。但因其面临负能量与负概率的困难,而且也不能正确解释氢原子中的问题,自提出以后的很长一段时间内,它的真正含义并未能为物理学家所领会。

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