自旋磁矩—— 一個給現代物理學帶來光明與黑暗的雙面天使
線圈磁矩
磁矩，本是經典電磁學用於描述通電線圈在均勻外磁場中產生轉動能力大小的物理量，量子力學為了解釋施特恩-格拉赫實驗也引入了磁矩概念，並將這種概念分列為二種：1、軌道磁矩，2、自旋磁矩。
電子軌道磁矩
量子力學軌道磁矩本質是經典電磁學中安培分子電流觀點的翻版，這種思路與圓圈導線通電會產生磁場的思想是一致的。
原子核自旋磁矩
對於自旋磁矩如何產生的？量子力學沒有過多的理論論述，只是強行規定為粒子自旋所固有的一種物理屬性，它同粒子質量、電荷屬性一樣，是與生俱來的的，即具有內稟性；並通過“量子力學法則”將它們分為0、1、2、1/2、2/3等多種自旋形態，這是量子力學理論中的一個硬傷！
電子自旋磁矩
但不管怎麼說，自旋磁矩是一個被現代物理實驗所證實存在的物理量，它不僅成功地解釋了塞曼效應、反常塞曼效應及施特恩-格拉赫實驗等問題，還像一個“物理小天使”，給量子力學後來的完善、發展與應用帶來了一片光明！
軌道磁矩
後來的原子理論，超導理論、核磁共振、手機定位、數據儲存等無不展現出自旋磁矩的風采，方興未艾的自旋電子學、納米材料學等正將自旋磁矩的威力引向更光明的未來！
自旋磁粒子與核磁共振
可以這麼說，粒子自旋磁矩的發現與證實，不僅是一場微觀物理學革命，也是物理學發展史中的一個偉大發現，它的發現同牛頓質量引力、庫倫電、磁荷引力一樣偉大，但因磁與電有說不清道不明的糾葛，故這種發現科學價值被世人低估了。
氫原子核自旋磁矩
其實，自旋磁矩發現的意義是遠遠超過萬有引力、庫倫定理的，因為它從本質上揭示了場的起源與運動的關係，同時也將星空與微觀世界更緊密地結合到了一起，量子力學的一些法則在星空中也可以使用，因為行星與粒子都有自旋磁矩性，它比以前的二種力學理論對宏觀與微觀的真實性描述會更準確些！
地球自旋磁矩
不過，我們在享受自旋磁矩給現代物理學帶來光明與溫暖的同時，也應看到現代物理學家們的努力與失敗，歡心與沮喪，特別是對自旋磁矩產生原因的詮解上至今沒有一個滿意答案；從物理理論的繼承性方面來說，自旋磁矩確實給目前的物理學帶來了黑暗！
電子自旋磁矩
為什麼這麼說？下面我們以電子自旋磁矩為例來說明目前物理學所面臨的窘境：
1、如果說電子是一個有空間大小的粒子，依據磁矩同安培分子電流觀點相一致的原理，則電子內部就應該有比電子更小的帶電粒子組成，它們在電子體空間內繞中心點旋轉才會產生電子自旋磁矩，但目前物理學實驗證明並沒有發現電子有內部組成結構的跡象，而且現代物理學也沒有能夠真正測量到電子半徑到底有多大？據李政道教授的實驗估算，電子半徑應在10^-22m以下，甚至他還傾向認為電子是一個點粒子（沒有空間大小的粒子點）。
安培分子電流理論
2、如果我們將電子看作是一個點粒子，依據安培分子電流觀點定義出來的磁矩就沒有辦法描述自旋磁矩產生的物理機制問題。
粒子的自旋磁矩到底是該描述成點自旋還是體自旋？這不僅引發了一場物理學革命，同時也會引發一場數學革命，李群代數的出現正是這個結果，但物理學方面到現在還沒有取得實質性的突破！
飛向量子力學的小天使
面對電子自旋磁矩給目前物理學帶來的難題與尷尬，我們不得不承認，自旋磁矩是一個“雙面天使”，它給微觀物理學帶來光明的同時，也帶來了烏雲！
黑暗也是下一個黎明到來的前哨，對自旋磁矩起源問題，我們是不是可以換個角度去作嘗試思考：
黎明曙光
1、可能電子半徑極小，只是目前我們現代的實驗條件測不出來罷了，宇宙中有比電子更小的帶電粒子存在——這是一種比較“得人心”的解釋，但由此也給物理學曾經否定的以太論點燃了希望之火。
2、既然安培分子電流觀點對描述電子自旋磁矩無效，那麼會不會還存在另一種自旋生磁規律沒有被我們發現呢？
以上思考到底哪一種方向將是可行的？我們拭目以待吧！
剛體旋轉
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【附錄】：自旋磁矩
自旋磁矩，是指材料內部電子的循軌運動和自旋運動都可以看作是一個閉合的環形電流，因而必然產生磁矩，電子自旋運動產生的磁矩稱為自旋磁矩。 [1]
材料中的自旋粒子
自旋是基本粒子或原子核的固有角動量，它與軌道角動量不同，即使粒子處於靜止時也存在。任何粒子的自旋在空間中的方向也不是任意的，它在空間一個確定方向(如磁場方向)上的投影，必須是h/2π(h為普朗克常數)的整數或半整數倍。
水和空氣在穩定狀態下，由於地磁場的同極磁化作用，分子的自旋磁矩不能夠衝破首尾相連的分子鏈。穩定狀態或直線運動狀態一旦破壞，分子鏈蕩然無存。
概念介紹
水和空氣在穩定狀態下，由於地磁場的同極磁化作用，分子的自旋磁矩不能夠衝破首尾相連的分子鏈。穩定狀態或直線運動狀態一旦破壞，分子鏈蕩然無存。
根據能量守恆與物質不滅原則，旋風和颱風並不是無緣無故的正常維持，它即有內因又有外因，內因是斥磁性物質分子內部電子軌跡不閉合，近似的電流環每旋轉一週，電流環近似平面與地磁場方向垂直一次，切割一次地磁場磁力線，產生分子的自旋磁矩，這即是分子的自旋電動勢。外因是有初始旋轉速度和初始能量，依靠分子的自旋電動勢，切割磁力線，消耗磁場物質產生能量並輸出能量，維持颱風或旋風的正常旋轉。
龍捲風
實際上，斥磁性物質就如同一臺上滿發條的擺鐘，要想使其走動，只需輕輕一推，擺鐘即可正常走動，超擺越大，直到幅度最大為止。有學者認為人造颱風只需將旋轉風的風力加強到十級或略高，即可自動加強到最大風力，形成颱風。 [2]
磁矩
磁矩是描述載流線圈或微觀粒子磁性的物理量。平面載流線圈的磁矩定義為m=iSn式中i電流強度；S為線圈面積；n為與電流方向成右手螺旋關係的單位矢量。在均勻外磁場中，平面載流線圈所受合力為零而所受力矩不為零，該力矩使線圈的磁矩m轉向外磁場B的方向；在均勻徑向分佈外磁場中，平面載流線圈受力矩偏轉。許多電機和電學儀表的工作原理即基於此。
軌道磁矩
定義
在原子中，電子因繞原子核運動而具有軌道磁矩；電子因自旋具有自旋磁矩；原子核、質子、中子以及其他基本粒子也都具有各自的自旋磁矩。這些對研究原子能級的精細結構，磁場中的塞曼效應以及磁共振等有重要意義，也表明各種基本粒子具有複雜的結構。
分子的磁矩就是電子軌道磁矩以及電子和核的自旋磁矩構成的(μ=μs+μl=gsps+glpl)，磁介質的磁化就是外磁場對分子磁矩作用的結果。
古地球磁矩的變化
粒子的內稟屬性。每種粒子都有確定的內稟磁矩。自旋為s的點粒子的磁矩μ由μ=g(e/2m)p給出，式中e和m分別是該粒子的電荷和質量，g是一個數值因子，p為自旋角動量。自旋為零的粒子磁矩為零。自旋為1/2的粒子，g=2；自旋為1的粒子，g=1；自旋為3/2的粒子，g=2/3。理論上普遍給出g=1/s。
1/2自旋粒子
粒子磁矩可通過實驗測定。但實驗測定結果並不與此相符，其間差別稱為反常磁矩。對於自旋均為1/2的電子、μ子、質子和中子，精確測定其g因子分別為
電子 gl2=1.001159652193（10）
μ子 gl2=1.001165923（8）
質子 gl2=2.792847386（63）
中子 gl2=－1.91304275（45）
粒子反常磁矩的來源有二：一是量子電動力學的輻射修正，電子、μ子屬於這種情形，即使是點粒子，粒子產生的電磁場對其自身的作用導致自旋磁矩的微小變化，這一改變可以嚴格地用量子電動力學精確計算，結果與實驗測定符合得很好；另一是由於粒子有內部結構和強相互作用的影響，質子和中子屬於這種情形，質子和中子的反常磁矩用於分析其內部結構。 [3]
各類磁矩
載流回路磁矩
在一個載流回路中，磁矩大小是電流乘以迴路面積：u=I*S；其中，u為磁矩，I 為電流，S 為面積。
磁矩方向則為電流繞行方向右手定則所決定的方向。
載流回路在磁場中所受力矩M與磁矩的關係為：M=u×B 其中，B 為磁感應強度。
基本粒子磁矩
許多基本粒子(例如電子)都有內稟磁矩，這種磁矩和經典物理的磁矩不同，必須使用量子力學來解釋它，
核自旋與核磁矩
和粒子的自旋有關。而這種內稟磁矩即是許多在宏觀之下磁力的來源，許多的物理現象也和此有關。這些內稟磁矩是量子化的，也就是它有最小的基本單位，常常稱為“磁子”(magneton)或磁元，例如電子自旋磁矩的矢量絕對值即和玻爾磁子成比例關係：μs=-gs.μB.s/h＇.
其中μs為電子自旋磁矩，電子自旋g因子gs是一項比例常數，μB為玻爾磁子，s為電子的自旋角動量。 [4]
電子繞原子核運動
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