<p>在宇宙中所有物質的深處，電子都在嗡嗡作響，它們的行為就像旋轉的陀螺一樣，在它們的軸上旋轉。這些&ldquo;自旋&rdquo;電子是量子物理學的基礎，在我們理解原子和分子中起著核心作用。其他亞原子粒子也會自旋，對自旋的研究在化學、物理、醫(yī)學和計算機電子學領域都有技術應用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但是許多物理學家會告訴你電子并不是真的自旋&mdash;&mdash;它們只是表現(xiàn)得像自旋。例如，電子具有角動量，這是一種物體不斷旋轉的趨勢&mdash;&mdash;就像移動的自行車車輪或旋轉的滑板&mdash;&mdash;因為它們具有這種性質，人們可能會得出它們在旋轉的結論。進一步的證據(jù)來自這樣一個事實:電子就像小磁鐵，磁場產生于旋轉的帶電體。</p> <p>&nbsp;</p> <p>電子自旋的概念的問題是，由于它們的微小尺寸，電子必須以比光速更快的速度旋轉，才能匹配觀測到的角動量值。(把一個電子想象成一個旋轉的溜冰者，他們的手臂向內折疊:整體尺寸越小，它旋轉得越快。)</p> <p>&nbsp;</p> <p>加州理工學院哲學助理教授奇普&middot;塞本斯(Chip Sebens)想要重新思考這個概念。作為一名物理學哲學家，他想弄清楚自然界最深層的真實情況。</p> <p>&nbsp;</p> <p>塞本斯解釋說:&ldquo;哲學家往往被那些長期未解的問題所吸引。&rdquo;&ldquo;在量子力學中，我們有方法預測實驗結果，對電子和自旋都很有效，但重要的基礎問題仍然沒有答案:為什么這些方法有效，原子內部發(fā)生了什么?&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>為此，塞本斯提出了他認為電子和其他亞原子粒子實際上是自旋的理由。答案與磁場有關。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在自然界中，既有粒子也有場。物理學家傾向于認為場比粒子更基本，但物理學哲學家仍在爭論哪個實體更基本。例如，光可以被描述為一束光子或電磁場中的波。這一科學領域被稱為量子場論。已故加州理工學院物理學家、諾貝爾獎得主理查德&middot;費曼(Richard Feynman)通過創(chuàng)建著名的費曼圖(Feynman diagram)來研究這一理論的各個方面，該圖描繪了電子和光子等粒子之間的相互作用，間接描述了場。&ldquo;量子場論是我們所擁有的最好的物理學，&rdquo;塞本斯說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在幾項研究中，包括最近發(fā)表在《合成》(Synthese)雜志上的一篇論文，塞本斯概述了為什么他認為電子不是一個點大小的粒子，只是表現(xiàn)得像在旋轉，而是一個展開的電荷團，真正在旋轉?；氐交\動員的類比，電子就像一個手臂向外伸展的滑冰運動員。</p> <p>&nbsp;</p> <p>塞本斯說:&ldquo;在一個原子中，電子通常被描繪成顯示電子可能在哪里被找到的云，但我認為電子實際上在物理上是分散在云上的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>隨著電子的大小展開，電子現(xiàn)在足夠大，可以避免比光速還要快的問題。塞本斯解釋說，在這種情況下，有兩個重要的場:電磁場以及以物理學家保羅&middot;狄拉克(Paul Dirac)命名的狄拉克場。&ldquo;就像電磁場描述光子一樣，狄拉克場描述電子和正電子，&rdquo;他說。正電子是電子的反粒子。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究是Sebens整體努力的一部分，目的是回答自然界從根本上是由場還是粒子構成的問題。在同一篇Synthese論文中，塞本斯認為場在本質上更基本。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他的部分論點是基于夸夸其談。如上所述，場方法可以解釋旋轉電子引起的混亂。他還認為場方法有助于解決關于電子的另一個重要問題:電子如何對它們所產生的電磁場做出反應?如果電子是一個點大小的電荷球，它所產生的電場在電子所在的位置是無限強的。這意味著場將沒有確定的方向，因此沒有確定的力，這導致在計算力時出現(xiàn)問題。但如果電子是一個擴展的電荷場，作用在電子不同部分上的力將是有限的，方向是明確的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這使得自我互動問題不那么嚴重，&rdquo;塞本斯在一篇關于自然基本構件的永旺文章中寫道。&ldquo;但這個問題并沒有解決。如果電子的電荷是分散的，為什么電子的各個部分不相互排斥，從而使電子迅速爆炸呢?&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>塞本斯正在研究這個自我排斥的問題。他正在研究的這個問題和其他問題的答案可能最終會導致新的更好的方法來計算和測量量子物理學中的量。這項工作甚至可能導致新的方法來回答量子物理學中一個正在進行的問題，即量子測量問題。當測量一個量子系統(tǒng)時，例如一個處于疊加態(tài)(同時處于兩種狀態(tài))的電子，系統(tǒng)將會坍縮，電子將會呈現(xiàn)一種或另一種狀態(tài)。物理學家仍在爭論為什么會發(fā)生這種情況。對粒子和場如何工作的基本基礎的研究可能有助于解開這個謎團。</p> <p>&nbsp;</p> <p>塞本斯在《Aeon》的文章中寫道:&ldquo;有時，物理學的進步需要首先重新審視、重新解釋和修改我們已有的理論。要做這種研究，我們需要兼具物理學家和哲學家角色的學者，就像幾千年前的古希臘那樣。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>