03　級聯施特恩-格拉赫實驗

所謂級聯施特恩-格拉赫實驗，顧名思義，就是在原實驗的后面再加上磁場，繼續做實驗。而后面加的磁場，可能與原磁場方向相同，也可能不同。

這些級聯施特恩-格拉赫實驗一共有三組，我們來分別看一下。

第一組實驗：我們先讓銀原子通過z方向磁場，銀原子分裂成了兩束（原實驗）。然后，我們把下面那束銀原子擋住，讓上面那束再次通過z方向磁場（圖3-1）。

大家猜結果會怎么樣？

這個結果很好猜，因為銀原子通過了一次z方向磁場，并分裂成了兩束。那么，上面那束銀原子在z方向的自旋就應該都一樣（都自旋向上），讓它們再次通過z方向磁場，它們應該都向上偏轉，因而不會分裂。

沒錯，實驗結果也的確是這樣：讓z方向分裂的銀原子的其中一束再次通過z方向的磁場后，它們沒有再次分裂。

接下來，我們再看第二組實驗。

第二組實驗：還是讓銀原子先通過z方向磁場，分裂成兩束后，繼續讓上面那束銀原子再次通過一個磁場。不同的是，這次通過的不是z方向磁場，而是x方向磁場。

結果，我們看到銀原子又分裂成了兩束（圖3-2）。

也就是說，被z方向磁場“篩選”過一次的銀原子，雖然在z方向的自旋一樣，但在x方向的自旋好像并不一樣。

這個結果雖然有點意外，但多多少少也可以接受。因為，你可能會認為所有的銀原子在z方向和x方向上都有一定的取值。第一個磁場把所有z方向自旋向上的銀原子篩選了出來，第二個磁場則把所有x方向自旋向上的銀原子篩選了出來。

這就好比選拔考試，每次從不同的維度篩選一批人。第一輪只有品行好的能通過，第二輪只有學習好的能通過，那么，通過兩輪篩選的就都是品學兼優的人了。

同理，你現在可能會認為：通過了z方向和x方向兩輪篩選的銀原子，肯定都是在z方向自旋向上，在x方向也自旋向上的銀原子。這些銀原子都是歷經兩輪篩選的“精英”，它們都很純了，以后不管是經過z方向磁場還是x方向磁場，它們都是自旋向上，因而肯定不會再分裂了。

帶著這樣的想法，我們進行了第三組實驗。

第三組實驗就是在第二組實驗裝置的后面再加了一個z方向磁場。也就是說，銀原子經過z方向磁場后分裂成了兩束，我們讓其中一束經過x方向磁場（同第二組實驗）。再次分裂后，我們又讓其中的一束銀原子再次經過z方向磁場。

原本，我們以為銀原子經過兩輪篩選之后，在z方向和x方向都自旋向上，再次通過z方向磁場時肯定不會再分裂。

但是，實驗結果卻讓所有人震驚了：它——居——然——再——次——分——裂——了！（圖3-3）

這是一次讓人震驚的分裂，這是一次讓人百思不得其解的分裂，這是一次徹底與經典力學劃清界限的分裂，這是宣告量子力學來臨的分裂。

你盡可以去思考它再次分裂的原因，但是，只要你還在用經典力學的思維思考問題，你是找不到出路的。或者說，只要你能意識到這個分裂的核心原因，你就已經站在了量子力學的大門口。

為什么？