Slavni fizičar Wolfgang Pauli je 1925. skontao da je ono što nazivamo elektronskom konfiguracijom atoma određeno sa četiri tzv. kvantna broja, od kojih su prva tri cijeli brojevi, a četvrti kvantni broj, koji nas ovdje zanima, može poprimiti točno dvije vrijednosti: ili pozitivnu ili negativnu. Prva tri kvantna broja mogla su se otprilike povezati s pretpostavljenim gibanjem elektrona u atomu, ali bilo je nejasno što je taj četvrti kvantni broj. Znalo se samo da je nekako povezan sa nekom vrtnjom (naime s veličinom koja se naziva kutna količina gibanja iliti zamah, a koja je prije desetak godina ispala iz obaveznog dijela gimnazijskih programa fizike), te da vrtnju elektrona oko jezgre pokriva jedan od ostalih triju brojeva, tako da nije riječ o tome.
Dva tada sasvim mlada nizozemska fizičara, Samuel Goudsmit i George Uhlenbeck, iste su godine pretpostavili da se možda radi o vrtnji elektrona oko svoje osi: pa ako se elektron vrti oko svoje osi na jednu stranu (npr. u smjeru kazaljke na satu) onda je ta veličina pozitivna, a ako se vrti na suprotnu stranu onda je negativna.
.
Tu veličinu su zato sasvim primjereno nazvali spin, budući da ta riječ inače označava upravo takvu vrtnju oko svoje osi. I takvo objašnjenje se može još uvijek naći npr. u gimnazijskom udžbeniku iz kemije (Habuš, Tomašić, Liber, Opća kemija 1, izdanje 2013., str. 54., a slično i na str. 194.).
“Spin elektrona može se protumačiti vrtnjom elektrona oko vlastite osi.”
Slika u udžbeniku je u skladu s tim objašnjenjem da se elektron, osim oko jezgre, vrti i oko svoje osi:
.
Takvo objašnjenje je bilo (više-manje) u skladu i s pokusom Sterna i Gerlacha od par godina ranije. Naime, elektron je nabijena čestica, a nabijena čestica koja se giba (što je, otprilike, „električna struja“) stvara magnetsko polje. Kad se neka nabijena kuglica vrti oko svoje osi ona stvara magnetsko polje tako da jedan pol rotacije predstavlja sjeverni magnetski pol a drugi predstavlja južni magnetski pol. Utoliko se rotirajuće nabijene kuglice ponašaju kao mali magnetići sa sjevernim i južnim polom. Kad se takvi mali magnetići pošalju nekom brzinom u nehomogeno magnetsko polje ponašaju se kao na donjem videu. Ali kad se pošalju npr. elektroni, razdvajaju se u točno dvije skupine.
Iako je to razdvajanje u točno dvije skupine bilo jedan od mnogih čudnovatih kvantnih efekata, našim se junacima Goudsmitu i Uhlenbecku činilo da ima smisla pretpostaviti da je elektron nabijena kuglica koja se vrti oko svoje osi, i da je to barem dio objašnjenja te pojave koju su nazvali spin. Pa su i napisali rad sa tim svojim otkrićem, poslali ga svome mentoru kojemu se svidio, poslali ga u znanstveni časopis koji ga je prihvatio za objavljivanje. Sve je izgledalo sjajno dok njihov mentor nije taj još neobjavljeni rad poslao najvećem nizozemskom fizičaru, tad već starom Hendriku Lorentzu (kojega znate iz trećeg (magnetizam) i četvrtog (relativnost) razreda). Lorentza taj rad nije uvjerio: elektron, s tako malom masom koliku ima, ne može rotirati oko svoje osi dovoljno brzo da to objasni veličinu kutne količine gibanja (zamaha) koja proizlazi iz Paulijevih objašnjenja kvantnih brojeva. Dapače, primijetio je da, ako bi njihovo objašnjenje bilo točno, brzina površine elektrona pri toj vrtnji daleko prelazi brzinu svjetlosti, što zabranjuje teorija relativnosti!
Mladi Goudsmit i Uhlenbeck su brzo htjeli povući svoj rad, da se ne osramote tako već u svome prvom članku, ali prekasno! Časopis je već bio tiskan.
Sramota ili ne, ušli su u povijest, naziv spin je ostao, ali ne i njegovo objašnjenje kao „vrtnje elektrona oko vlastite osi“ (osim u gorenavedenom udžbeniku). Sad fizičari kažu da elektron ima svojstvo kutne količine gibanja (kao da se vrti oko svoje osi), ali to ne znači da se vrti oko svoje osi. U međuvremenu su fizičari i kemičari – opet nasuprot slikama u udžbenicima koje uglavnom odrede svačije zamisli o tome kakav je atomski i subatomski svijet – uglavnom odustali od zamisli da je elektron neka kuglica (jer ima i valna svojstva), te ga često prikazuju kao neki oblak (pa tako i na gornjem videu). Tako da, osim što se ne vrti (iako kao da se vrti) nije baš ni kuglica (iako nekad kao da jest kuglica, ali nekad uopće nije kao kuglica).
Mnogi kasniji pokusi su potvrdili da to svojstvo spina postoji, znamo rješavati jednadžbe koje računaju s tom veličinom, ali, kako je to često u kvantnoj mehanici koja se bavi atomskim i subatomskim svijetom, ne uspijevamo sebi dosljedno predočiti što se tu zapravo događa. Pa pokušaji objašnjenja spina, uključujući ovaj kojega ste upravo čitali, suviše često izgledaju poput naše naslovne rečenice.
paradoksi i misaoni pokusi 