通过矩阵力学,就可以直接推导出电子的前三个量子数(除去自旋)。
震惊天下!
但是矩阵力学有个缺点,就是太晦涩难懂了。
因为它用到的数学工具:矩阵,当时根本没有多少物理学家熟悉,更别提使用了。
强如泡利,都得花费半个月,才能使用矩阵力学推导出氢原子的电子模型。
其他人可想而知。
然而幸运的是,海森堡提出矩阵力学没多久。
紧接着,薛定谔灵感爆发,提出了量子力学的第二个版本:波动力学(薛定谔方程)。
(薛定谔之所以能提出波动力学,是受到了德布罗意的波粒二象性的启发。)
(这是另一段精彩的故事,涉及矩阵力学和波动力学的斗争,暂时不剧透哈。)
使用波动力学,同样可以直接推导出电子具有前三个量子数。
但是对于物理学家而言,波动力学就比矩阵力学要友好太多了。
因为波的知识,可是物理学家的强项,大家都能很好地理解和计算。
所以,波动力学一出现,就力压矩阵力学,成为量子力学的主流版本。
同时也正因为此,海森堡和薛定谔就互相看不对眼了。
但经过一段时间后,大家发现,矩阵力学和波动力学,在数学上其实是等价的。
(注意!在物理上却是不等价的!)
两者都没有错,只不过是同一理论的不同侧面。
但不论是哪一个,都无法正确推导出第四量子数:电子自旋。
这时,狄拉克出手了!
他创造性地把狭义相对论和波动力学结合在一起,统一了狭义相对论和量子力学。
提出了震惊物理学界的狄拉克方程。
在这个方程中,狄拉克考虑了电子在做高速运动时的相对论效应。
通过它,就可以直接推导出电子具有自旋,且自旋量子数是1\/2,同时也能推导出磁矩。
后来,就把自旋为半整数的粒子,称为费米子,比如电子等。
而自旋为整数的粒子