摘要  g因子提出的背景是粒子的自旋，是為了建立自旋磁矩與自旋角動(dòng)量間的聯(lián)系,，但是,，如果自旋不是粒子的屬性，g因子又該如何解釋呢,？

關(guān)鍵詞：g因子,，自旋，磁矩，角動(dòng)量

1. 從自旋開(kāi)始

在量子理論中,，自旋是標(biāo)準(zhǔn)模型中的重要組成部分,，被視為標(biāo)準(zhǔn)模型中的一種內(nèi)稟屬性，與其他粒子屬性（如電荷,、質(zhì)量等）一樣重要,。但是，粒子為什么自旋,？粒子如何自旋,？目前還無(wú)法解釋?zhuān)皇且环N假設(shè)。既然無(wú)法解釋它,，還不如拋棄它,，在本文中，假設(shè)自旋不是粒子的屬性,，也不存在所謂的自旋量子數(shù),、自旋角動(dòng)量、自旋磁矩,、拉莫爾進(jìn)動(dòng)等概念,，所有的問(wèn)題都在經(jīng)典理論的框架內(nèi)討論。

2. 磁矩的來(lái)源

磁,，是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,，磁矩，是由電荷的圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,，也就是說(shuō),，沒(méi)有電荷的圓周運(yùn)動(dòng)，就沒(méi)有磁矩,。帶電粒子產(chǎn)生磁矩的方法一般有兩種：一種是繞核運(yùn)動(dòng),，一種是在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。磁矩的定義為：μ= I×S,，其中,，I是電流強(qiáng)度，S是粒子運(yùn)動(dòng)所包圍的面積,，一個(gè)帶電量為q,，作圓周運(yùn)動(dòng)的粒子，它的磁矩可表示為：μ= qvr/2 ,，其中，v表示速度,，r表示半徑,。

任何粒子都不是絕對(duì)靜止的，都是在不停地運(yùn)動(dòng)，任何自由的微觀(guān)粒子在以太中運(yùn)動(dòng)時(shí),，都會(huì)存在共振現(xiàn)象：當(dāng)粒子直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí),，其共振頻率與它的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，可表示為：f= mv²/h,，當(dāng)粒子圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)可表示為：mvr=?,。只有當(dāng)粒子處于共振狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)才是穩(wěn)定的,，例如：當(dāng)電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí),，如果系統(tǒng)是穩(wěn)定的，電子必須同時(shí)滿(mǎn)足離心力與電場(chǎng)力相等kQq/r²=mv²/r和mvr=?這兩個(gè)等式,，對(duì)于氫原子,，可以計(jì)算出電子的速度v= 2.19x10⁶ m/s，軌道半徑r= 5.29x10^-11 m,，這時(shí),，電子的磁矩為μ= qvr/2 = 9.27x10^-24 Am²，也就是一個(gè)玻爾磁子,，軌道頻率為6.58x10¹⁵Hz,，角動(dòng)量為?。

當(dāng)電子在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),，其離心力與磁場(chǎng)力相等qvB=mv²/r,，也就是說(shuō)，角頻率只與外磁場(chǎng)的強(qiáng)度B有關(guān)：ω= qB/m,，但電子的磁矩卻不是常數(shù),，它隨著電子的速度變化而變化，可表示為：μ= qvr/2= mv²/2B,，其角動(dòng)量也不是一個(gè)常數(shù),，可表示為：L= mvr= qBr²。當(dāng)電子在磁場(chǎng)中產(chǎn)生共振時(shí),，其角動(dòng)量可表示為：mvr=?,，此時(shí)，r²=?/qB,。例如,，當(dāng)B= 1 T時(shí)，軌道半徑r= 2.57x10^-8 m,，速度v= 4.5 km/s,，磁矩μ=9.27x10^-24 Am²，也是一個(gè)玻爾磁子,。

可見(jiàn),，磁矩是帶電粒子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生,。如果把微觀(guān)粒子當(dāng)作點(diǎn)粒子看待，即使粒子存在自旋,，它也不會(huì)存在自旋磁矩,。

3. g因子的來(lái)源

g因子是阿爾佛雷德·朗德試圖解釋反常塞曼效應(yīng)時(shí)，于 1921 年提出的一個(gè)無(wú)量綱物理量,，是為了反映塞曼效應(yīng)中磁矩μ與角動(dòng)量L之間的聯(lián)系,，其定義為：，其中,，q為粒子的電量,，m為粒子的質(zhì)量。

對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)的粒子,，由于磁矩為μ= qvr/2,，角動(dòng)量為L= mvr，因而,，g= 1,。

但是，對(duì)于自旋的粒子,，由于假設(shè)粒子的自旋角動(dòng)量在磁場(chǎng)方向上的投影為L=?/2,，然而，自旋粒子的磁矩我們沒(méi)有辦法計(jì)算出來(lái),，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法確定,，最后才能計(jì)算出粒子的g因子。

為了測(cè)量自旋粒子的g因子,，我們必須作如下假設(shè)：

A. 在外磁場(chǎng)中,，粒子的拉莫爾振動(dòng)頻率為ω= gqB/2m。

B. 自旋的粒子在磁場(chǎng)中具有兩個(gè)能級(jí),，分別是：當(dāng)角動(dòng)量與外磁場(chǎng)方向一致時(shí),，E₁= gμ_NB，相反時(shí),，E₂= -gμ_NB,，其中，μ_N為核磁子,，其值為5.05x10^-26Am²,。

C. 粒子在兩個(gè)能級(jí)之間可以躍遷，而且hf= E₁-E₂,，其中,，f是躍遷產(chǎn)生的光子頻率。

但是,，以上這四個(gè)假設(shè)（包括自旋角動(dòng)量）在經(jīng)典理論中是無(wú)法解釋的,。

4. g因子的經(jīng)典解釋

微觀(guān)粒子自旋的引入是為了解釋反常磁矩,，但在經(jīng)典理論中，點(diǎn)粒子具有自旋磁矩和自旋角動(dòng)量是無(wú)法解釋的,，如果不引入自旋也能解釋反常磁矩，自旋也就沒(méi)有存在的必要了,。

4.1. 粒子為什么在磁場(chǎng)中能產(chǎn)生振動(dòng),？

混凝土振動(dòng)器之所以能夠產(chǎn)生振動(dòng)，是因?yàn)榘魻羁招膱A柱體的內(nèi)部裝有偏心振子,，在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下高速轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生高頻微幅的振動(dòng),。可以想象：質(zhì)子能夠產(chǎn)生核磁共振的原因可能是質(zhì)量中心與電磁中心不重合,，假設(shè)質(zhì)子是由以太粒子與正電子組成的,，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1. 質(zhì)子的結(jié)構(gòu)想象圖

當(dāng)質(zhì)子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),，如果質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)速度較大,，質(zhì)子將會(huì)作圓周運(yùn)動(dòng)，其角速度可表示為ω= qB/m,，由于質(zhì)子的受力點(diǎn)不是質(zhì)子的重心,，質(zhì)子必然會(huì)產(chǎn)生自旋，并且自旋的角速度與圓周運(yùn)動(dòng)的角速度相同,，就象月球繞地球一樣,，其正電子的位置一直處于質(zhì)心與圓心的連線(xiàn)上。但是,，如果質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)速度較小,，質(zhì)子運(yùn)動(dòng)的圓心將會(huì)落在質(zhì)子的內(nèi)部，從而導(dǎo)致一部分質(zhì)量不產(chǎn)生離心力,，根據(jù)磁場(chǎng)力與離心力相等,，質(zhì)子運(yùn)動(dòng)的角速度必將加快，而且電荷中心與質(zhì)量中心的距離越大,，角速度的增加量越大,。

4.2. g因子的定義

設(shè)粒子的半徑為R，質(zhì)量中心與電荷中心的距離為r,，定義g= (R+r)²/R²,。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，質(zhì)子的g因子為2.79,，可以計(jì)算出r= 0.67R,。

4.3. g因子的物理意義

根據(jù)g因子的定義可以看出，g因子指的是質(zhì)量中心與電荷中心的偏離度,，當(dāng)兩個(gè)中心重合時(shí),，g= 1,，但它的最大值為4。這種定義方法與前文中的定義在數(shù)值上是一樣的,，也就是說(shuō),，由于部分質(zhì)量不產(chǎn)生離心力，計(jì)算粒子的角動(dòng)量時(shí),，只能計(jì)入粒子的有效質(zhì)量：m_eff=mR²/(R+r)²,。

需要說(shuō)明的是：當(dāng)出現(xiàn)核磁共振時(shí)，核子確實(shí)處于自旋狀態(tài),，但是,，這種自旋是由于電荷與質(zhì)量中心不一致引起的，并不是核子本身的屬性,，如果沒(méi)有偏心,，核子就沒(méi)有自旋，就檢測(cè)不到共振信號(hào),。電子可以看成是點(diǎn)粒子,，它的共振原理與核子的共振并不相同，電子共振屬于軌道共振,，電子沒(méi)有自旋磁矩,，電子具有反常磁矩的原因，是由于外加電磁波所引起的軌道變化產(chǎn)生的,。

5. 結(jié)論

磁矩是帶電粒子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,，自旋磁矩是粒子的質(zhì)量中心與電荷中心不重合引起的，自旋并不是粒子的屬性,，點(diǎn)狀粒子并不自旋,，即使自旋也不產(chǎn)生磁矩。所有的物理現(xiàn)象都可以用經(jīng)典理論解釋?zhuān)⒉恍枰孔永碚撝袩o(wú)法理解的各種假設(shè),，g因子的大小只與粒子的結(jié)構(gòu)有關(guān),。