光子的波粒二象性与光子的旋转

摘要

假定光子沿x轴方向运动,通过与同心球体旋转的类比,推测光子绕其自旋轴自旋,自旋方向是周期性变化的(光子的自旋轴绕y轴恒速旋转).由马格努斯效应可知,在与光子的自旋轴和光子轨道运动方向(光子轨道切线方向)组成的平面相垂直的方向上将产生一个作用于光子的横向力F.横向力F与光子自旋角动量在z轴的分量成正比,即横向力F和光子自旋轴与xOy平面夹角的正弦函数值成正比(横向力F的方向和大小是周期性变化的),因此,光子将沿波浪线运动.横向力F不断改变光子运动轨道的曲率,而由F=mv2/r可知,光子在某一点的曲率半径r与横向力F成反比,即光子在某一点的曲率K与横向力F成正比.由此我们得出结论:光子自旋轴与xOy平面夹角是匀速变化的;光子在某一点的曲率半径r和其自旋轴与xOy平面夹角的正弦函数值成反比,即光子在某一点的曲率K和其自旋轴与xOy平面夹角的正弦函数值成正比.众所周知,任何一个微观粒子具有的角动量是它的自旋角动量与轨道角动量之和,一个粒子的总角动量是守恒的.虽然光子的自旋角动量大小恒定,但其自旋方向却是不断变化的,相应地,其自旋角动量也是不断变化的,若光子沿一个平面内的波浪线(基准轨道)运动,将导致其总角动量不守恒,因此,我们还需假设光子的运动轨道并非严格地位于一个平面内,而是缠绕于基准轨道.只有这样,光子的总角动量才可能守恒.推测光子的自旋轴除绕y轴旋转外,还会出现周期性的晃动.由马格努斯效应可知,光子的运动轨道将缠绕于基准轨道,因此,光子也是螺旋运动的.发现了光子的一个新量子数偏角量子数以及光子能级的精细结构,并且重新定义了关于光子的一些基本概念.