如果有人告诉此刻在阅读这本杂志的读者，说他虽然由于重力作用安稳地坐在椅子上，却正以每小时1，500公里的速度绕着地轴旋转，他大概并不会感到惊奇。地球的自转已是尽人皆知的事情。许多事我们早已习以为常了，例如，夜间美国阳光普照时，我们却是头朝下挂在地球上。

可能使人感到惊奇的倒是这么一个事实，在自然界里，不以这种或那种形式在转动的物体却几乎没有。自转中的地球同它所有自转中的姐妹行星都绕着自转的太阳在运行，而太阳又绕着自转的银河系在运转。如果你想看一看银河系的螺旋形状，不妨在你将要喝的一杯热咖啡里加进一团奶油。浮在咖啡表面上的奶油形状就几乎跟银河系一模一样。奶油分子里包含有不断在旋转的电子、质子和中子。即使是更小的组成单元——夸克，它们也在自旋。1983年，英国曼彻斯特大学的一位天文学家帕奇甚至认为整个宇宙也处于旋转之中。

物体为什么会自旋？对这个问题，看来最好的回答是反问一句：“它们为什么不自旋？”换句话说，物体自旋的可能性要大于不自旋的可能性。把奶油加到咖啡上头时，总不会是完全对称的吧！于是，某一边就可能比另一边流动得快一些，使得奶油也开始旋转起来。同样的道理，在森林中迷路的人，认为自己径直往前走，实际上是在兜圈圈：譬如说，右脚少跨那么一丁点儿，就会使他沿顺时针方向兜圈圈。

再看看打弹子。只要略偏一些，相撞后两粒弹子都将发生转动。转动是偶然性的必然结果。物理学家奥本海默说过：“物质都想涌向一个共同中心而不能如愿，于是星系以至从水斗中放出的水就都旋转起来。”

设想浴缸里放满了水，或者是太空中有一片尘云。除非四周绝对平衡，否则浴缸里的水就免不了略略旋转。当引力使尘云甩的微粒向中心靠拢时，它们就会掠过目标而开始旋转。浴缸放水时也会这样：缸底越小，旋转也越快。这同滑冰运动员一样，收臂就飞快加速旋转。终于所有的东西都涌向中心，旋转的能量也集中在较小的区域内。浴缸里的水进入排水管时会飞快地旋转。尘云冲向中心时，则会点燃起核反应的烈火。转动中的恒星于是诞生。

这一切决定于自然界的一条简单规律：系统的转动能量保持不变。半径缩小时，旋转速度就加快以资补偿。这条规律虽简单，却很微妙。麻省理工学院物理学家摩里逊说，“旋转只不过是一种运动形式。其重要性在于它是守恒的，能从一处转移至另一处。”

究竟宇宙中的每一丁点儿旋转为什么都会这么严格地保存下来，是很令人费解的。同能量或少数别的东西一样，转动看来也是永不变化的物理量之一。在这儿弄掉的，在那儿又会冒出来。当你用手使飞轮停转时，轮子反作用于你，把它的转动通过你的身体传送给地球。两粒弹子相撞时，可能会互相传递转动，但二者之和却是绝对守恒的。当尘云因引力向中心收缩而互相掠过时，就会形成像我们这样的太阳系，它里头所有的行星、卫星和太阳的转动量加起来，同原先的尘云的转动量完全一样。

这可能就是我们太阳系形成的过程。当尘云涌向中心形成太阳时，由于离心作用，有些块块被抛出去，凝固成好些行星。直到今天，所有行星公转的方向都跟太阳自转的方向一致。同样的，许多旋转的星系也向外伸出旋臂，像草地旋臂喷水器一样。旋转量大的星系可能从赤道上甩出大量物质，而两极方向的物质则继续被拉向中心，其结果是，星系扁平得像一块饼。

但是，自旋虽可能解释银河系的漩涡形状，但也还有不少问题：为什么金星的自转方向跟别的行星相反？天王星又为什么睡倒着自转，像是一只摇摇欲坠的陀螺？宇宙里不变的转动总量究竟从何而来？对此，摩里逊的看法是，“它们并无来源。也无所谓总的旋转量。它全部互相抵消。”

当宇宙始于大爆炸的一瞬间，各个部分互相推挤着，使彼此的旋转方向正好相反。接下来的碰撞和变化使转动在粒子、行星和星系之间重新分配。因此，总加起来，净转动应为零。

奇怪的是，宏观宇宙的转动并不能阐明微观世界里的类似现象。在次原子世界里，自旋跟别的东西一样，也是量子化的。就是说，它也是一份一份的。粒子不可能具有通常所谓的旋转。在这儿，自旋的量是1/2，1，3/2，2和5/2等等单位。物理学家喜欢这种玩意儿，而具体意义就很难加以说明。甚至发现粒子自旋的已故奥地利物理学家泡利也绝望地称它为“经典理论无法解释的二值性。”他后来曾说过：“在那个时刻，物理学无疑发生了混乱；不管怎样，我简直无言以对，我宁愿自己充耳无闻。”

物理学家把泡利的发现称为自旋，因为它同所有旋转物体有许多共同之处。例如，自转的地球因金属核心部分电流的旋转产生了磁场而显得像一块大磁铁。每个电子也一样是小小的自旋带电粒子，因而也都像是一个个小小的磁铁。当铁原子最外层的4个电子取向一致时，就形成了人们熟知的磁铁。

但粒子的自旋丝毫也不像瓶盖或行星的自转。就是对物理学家来说，也感到特别神秘。电子完全可以不自旋——它根本不是一个带电的球体，而只是没有大小的带电的点。因此，麻省理工学院的基斯蒂亚科夫斯基问道，“它怎么会自旋呢？它没有中心，没有外层，它用什么来绕着转呢？”粒子自旋并非自推搡或碰撞始。它是粒子的内在特性，就像它具有的质量和电量一样。宇宙间所有质子的自旋率都相等。甚至还存在除自旋外没有别的特性的粒子——又轻又小又不带电的中微子就是所谓的“自旋着的零。”

这些次原子自旋零或甚么东西，其自旋取向是定的。摩里逊说：“这个发现真的叫人大吃一惊。这儿才真正出现了1/2，1，3/2等等的量子化状态。”粒子自旋时，轴只能向上、向下或有时水平（泡利那时还不知道二值性实际上是三值性）。魏斯柯夫说，“当然，并不真的是上和下，不过，还从没有外行人问过那儿是上，那儿是下一在空虚的空间里，是无所谓上下的。问题是自旋竟可以半上半下，但其间的数值是没有的。要记住这儿只是借用，这些语言本来就不适用。总之，简直无法描绘。”

不管说不说得清，粒子自旋却带来了具体的结果。事实上，这是人们称之为物质和能量之间的唯一足资说明的差异。原子（以及房子、人、空气等等）的构成物是具有半自旋（或其整数倍）的粒子。而电能或核能则是一些具有自旋1、自旋2或甚至没有自旋的粒子。

当然，人们用不着钻进次原子理论里去欣赏永恒自旋的重要性。不如想一想，要是没有自旋，昼夜也就消失。也不会让我们在美国烈日当空的夜间，自己却头朝下挂在地上。

（Discover，1985年3月）