瓦薩學院物理學教授莫頓·塔維爾回應
“當某些基本粒子穿過磁場時，它們的偏轉方式表明它們具有小磁體的特性。在經典世界中，帶電的自旋物體具有磁性，這與這些基本粒子表現出的磁性非常相似。物理學家喜歡類比，因此他們也用‘自旋’來描述基本粒子。”
“不幸的是，這種類比會失效，我們逐漸意識到將電子想象成一個小的自旋物體是具有誤導性的。相反，我們已經學會簡單地接受觀察到的事實，即電子會被磁場偏轉。如果有人堅持認為它是一個自旋物體的形象，那麼就會出現真正的悖論；例如，與丟擲的壘球不同，電子的自旋永遠不會改變，並且它只有兩種可能的方向。此外，考慮到我們對量子力學規則的瞭解，認為電子和質子是可以‘旋轉’的固體‘物體’這一概念本身就難以維持。“然而，‘自旋’這個術語仍然保留了下來。”
關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
伯明翰-南方學院的庫爾特·T·巴赫曼補充了一些歷史背景和其他細節
“從 20 世紀 20 年代開始，德國漢堡大學的奧托·斯特恩和瓦爾特·格拉赫進行了一系列重要的原子束實驗。他們知道所有運動的電荷都會產生磁場，因此他們提出測量原子中繞原子核執行的電子產生的磁場。然而，令這兩位物理學家驚訝的是，他們發現電子本身的行為就像它們在快速自旋一樣，產生微小的磁場，獨立於其軌道運動產生的磁場。很快，術語‘自旋’就被用來描述亞原子粒子的這種明顯的旋轉。”
“自旋是一個奇異的物理量。它類似於行星的自旋，因為它賦予粒子角動量和一個稱為磁矩的微小磁場。然而，基於已知的亞原子粒子尺寸，帶電粒子的表面必須以快於光速的速度運動才能產生測量的磁矩。此外，自旋是量子化的，這意味著只允許某些離散的自旋。這種情況造成了各種複雜情況，使自旋成為量子力學中更具挑戰性的方面之一。”
“從更廣泛的意義上講，自旋是影響原子和分子中電子和原子核排序的基本屬性，這使其在化學和固態物理學中具有重要的物理意義。自旋同樣是所有亞原子粒子之間相互作用的重要考慮因素，無論是在高能粒子束、低溫流體還是來自太陽的稀薄粒子流（稱為太陽風）中。事實上，許多（如果不是大多數）物理過程，從最小的核尺度到最大的天體物理距離，都極大地依賴於亞原子粒子的相互作用以及這些粒子的自旋。”
夏威夷大學馬諾阿分校物理學教授維克多·J·斯滕格提供了另一種更專業的視角
“自旋是物體的總角動量或本徵角動量。基本粒子的自旋類似於宏觀物體的自旋。事實上，行星的自旋是其所有基本粒子的自旋和軌道角動量的總和。原子、原子核和質子（由夸克組成）等其他複合物體的自旋也是如此。”
“在經典物理學中，角動量是一個連續變數。在量子力學中，角動量是離散的，以普朗克常數除以 4 pi 為單位量子化。尼爾斯·玻爾在 1913 年提出角動量是量子化的，並用它來解釋氫的光譜線。”
“在我們當前的理解水平上，基本粒子是夸克、輕子（如電子）和玻色子（如光子）。這些粒子都被想象成點狀的，所以你可能會想它們怎麼會有自旋。一個簡單的答案可能是，也許它們也是複合的。但是，與自然的旋轉對稱性相關的深刻理論原因導致基本物體存在自旋及其量子化。特別重要的是費米子（如電子）和玻色子之間的區別，費米子的自旋為半整數（普朗克常數除以 2 pi 的半整數倍），玻色子的自旋為整數。費米子服從泡利不相容原理，該原理指出，兩個相同的費米子不能存在於同一狀態；如果沒有泡利不相容原理，化學就不會有元素週期表。另一方面，玻色子傾向於聚集在同一狀態，從而導致超導和玻色-愛因斯坦凝聚等現象。”
“自旋已成為其他更抽象概念的原型，這些概念似乎具有角動量的數學特性，但沒有簡單的經典類比。例如，同位旋在核物理學中用於表示‘核子’的兩種狀態，即質子和中子。類似地，夸克成對存在，稱為同位旋‘上’和‘下’，這是構成普通物質的兩種夸克的名稱。空間和時間的旋轉對稱性被推廣到包括更抽象的‘內部’維度中的對稱性，結果是微觀世界的許多複雜結構可以被視為對稱性破缺的結果，這與描述宏觀世界中結構自發形成的想法深刻相關。”