让量子力学通俗一点：原子核自旋量子数就是核子占据的旋臂数？

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文/袁玉刚

原子核自旋角动量的最大投影值叫核自旋，即核的自旋量子数。核处于基态时，偶数核的自旋为零或整数，其中偶偶核的自旋为零，奇奇核的自旋为整数；奇数核的自旋为半整数。

自旋为零或整数的偶数核属于玻色子，遵从玻色—爱因斯坦分布；自旋为半整数的奇数核属于费米子，遵从费米—狄拉克分布和泡利不相容原理。

这样解释量子力学的知识真的有点拗口、晦涩。

各位熟悉旋涡吧！在旋涡里，一个核子占据一条旋臂，自旋量子数就是1/2。这是一个原子的高层核子占有度，也可以叫旋臂最大平衡度。如果旋涡有两条旋臂，两个核子各占一条，旋臂对称，自旋量子数是整数。如果质子、中子各一，更加完美平衡。

干脆，再通俗一点，把一个原子比作一个家庭，把一个质子比作一个旋转着的女子，把一个中子比作一个旋转着的男子，把核外的电子比作一个个孩子。第一类家庭有两个院子，每个院子有两所房子。遵循泡利不相容原理，每所房子只能住一个人，并且鼓励一夫一妻制。这样，每个院子只能住一男一女两个人。还要规定，大家尽量往里住。一个院子为一个单元，一所房子就是半个单元。一个人住进一所房子，自旋量子数就是1/2。

好了。氕就是一个女子住进最里面的一所房子。自旋量子数就是1/2。

氘就是一个女子和一个男子住进最里面的一个院子的两所房子。自旋量子数就是两个1/2，即1。

又一个男子住进去，3所房子住了人。外边的房子只住了一个人，相当于最高层只有一个核子，自旋量子数就是1/2。这就是氚。这个家庭已经不太稳定了。

如果一个家庭有两个女子，占据两个院子，两所房子。一个男子住进一所房子。这就是氦三，自旋量子数3/2，不太稳定。再住进一个男子，就是氦四，自旋量子数为2。因为小层填满了，也可以叫做0。这是最标准的稳定家庭。

第一类家庭有两个院子，每个院子有两所房子。每个院子只能住两个人。自旋量子数最大只能是1。超过1的家庭很快就土崩瓦解。氢五、氦五（自旋量子数3/2）不能稳定存在。

第二类家庭有四个院子，每个院子有四所房子。每个院子只能住四个人。自旋量子数最大只能是2。超过2的家庭很快就土崩瓦解。氖20四个院子20所房子，10女10男，自旋量子数为0，是标准的稳定家庭。

第三类家庭有八个院子，每个院子有八所房子（元素周期表第三、第四周期）。每个院子只能住八个人。自旋量子数最大只能是4。超过4的家庭很快就土崩瓦解。虽然男子越来越多了，但一夫一妻家庭依然特别稳定。氩36、钙40依然遵循旧制，成为幻数元素之一。之后，新规在一夫一妻的基础上增加了最高层必须占满这一条。钒51的自旋量子数是7/2，是因为最高小层有7个核子。

第四类家庭有十六个院子，每个院子有十六所房子（元素周期表第五、第六、第七周期）。每个院子只能住十六个人。按说自旋量子数最大只能是8。超过8的家庭很快就土崩瓦解。但自旋量子数是4的家庭，元素也可以稳定。但最高层也占满了，元素才可能成为幻数。铋209自旋量子数是9/2，是因为最高小层有9个核子。

总之，人少了，大家可以循规蹈矩。人一多，违反纪律的就多了。多核子的原子，约束力相对弱了，核子就会逃逸。这就是放射性衰变或者分裂。原子社会与人类社会惊人地相似。星系呢？宇宙呢？也许都是人类的翻版。

朋友，你说呢？欢迎批评！

本文选自：今日头条