通俗易懂的科普解读：什么是量子态？什么是粒子自旋？
在微观世界， 量子态 与 粒子自旋 ，是两个极其核心与重要的概念，对于理解微观世界的奥妙，有着十分重要的基础作用。
本文将会，深入浅出又通俗易懂的介绍这两个概念。
在量子力学中， 量子态 ——是由一组量子数所确定的微观状态； 量子数 ——是表征微观粒子运动状态和性质的一些特定数字； 量子 ——是最小化不可分割的基本个体（如光量子，即光子）； 量子化 ——就是存在非连续，呈现离散数值的量子个体。
量子态的作用， 就是确定并描述了，微观粒子的运动状态，其中有一系列的 量子数 （如自旋），而每种量子数又都是一组，描述粒子非连续运动状态下，不同性质的数值。
而这些 量子数的数值 ，都是量子化的非连续数值，即：只能是某一最小能量值（与普朗克常数相关）的整数或是半整数（半奇数）。这些数值代表着粒子，可观测到的状态量，而在未观测之前，这些数值的可能性是叠加和纠缠的，即意味着粒子的 量子态 是叠加和纠缠的。
量子数 ，有很多种，其中最重要的就是—— 自旋量子数 ，也称粒子自旋。
通常，在描述原子核外电子运动状态时， 有四种量子数 ——主量子数（轨道层级，即大小）、角量子数（轨道空间角动量，即形状）、磁量子数（轨道空间伸展，即运动方向）、自旋量子数（自旋角动量，即自旋方向）。
其它 量子数 还有——宇称，即空间变换性质，可简单理解为“左右对称”或“镜像对称”——等等还有很多。
最后， 量子态 涉及到一个原理—— 泡利不相容原理 （Pauli Exclusion Principle），即： 自旋半整数 （即半奇数）的粒子（统称 费米子 ），不能有两个或两个以上处在相同的 量子态 。而另外一种 自旋整数 的粒子（统称 玻色子 ），则多个可以同时处在同一个 量子态 。
也就是说， 费米子 没有全同粒子—— 量子态 可以区分它们，而 玻色子 则可以有全同粒子—— 量子态 无法区分它们。
事实上， 量子态的计数 则对应着时间的本质，具体解读参看下面的链接文章。
粒子自旋——是粒子的重要属性，可以用来对粒子的标识和分类，因为 每个粒子都有特有的自旋，自旋数不同就是不同种类的粒子。 但粒子自旋，并不对应宏观上的物体自转，比如地球自转，因为粒子没有轴，没有更小单元围绕质心自转。
所以，粒子自旋是唯象的描述，仅能将自旋视为一种内在性质，是粒子与生俱来带有的一种角动量。它具有可观测的量子化数值——无法被改变，但其方向可以透过一些操作来改变。
自旋是如何发现的呢？
事实上，是在实验中，发现了 电子 经过磁场产生了偏转，这说明电子自带磁矩。而磁矩，就是磁场中的磁性力矩，通常在磁场中形成闭环电流，才能产生。
因此，一定是 电子自旋， 形成了闭环电流，才产生了磁矩，而这个磁矩就称为—— 自旋磁矩 。并且实验还发现，这个磁矩的强度，与 电子自旋 的角动量相关，即：正电子自旋产生正磁矩，负电子自旋产生负磁矩。
所以可见，粒子有自旋，如果带电荷，就会有磁矩，且正电荷磁矩方向与自旋方向相同，负电荷磁矩与自旋方向相反。
另外，有些复合粒子（如中子），对外显电中性，但内部有微量电荷，就会有自旋磁矩。
不同的自旋有什么意义和区别？
粒子的自旋角动量，是可观测的量子化数值，其值是—— 「自旋量子数（粒子自旋）」乘以 「h/2π（h为普朗克常数）」 ，其中自旋量子数，是整数或半整数，可正负（代表了自旋是顺时针还是逆时针）。
那么，自旋1/2，反映到波函数上——就是粒子转一圈之后，波函数的相位会与原来的正好相反，只有转2圈，波函数才能彻底恢复原状。
当然，直接测量波函数的相位，是不可能的，但是我们可以测量相位差。 就像双峰干涉实验一样，相位差不同的两束波，叠加在一起会发生干涉现象。这样的话，通过干涉条纹的分布，就可以计算出相位差，也就可以证明粒子自旋，确实是1/2了。
复合粒子的自旋
复合粒子，是由基本粒子构成的，基本粒子是不可再分的点粒子。这里不可分割的意思——是指没有体积与模型图像，无法检测到其内部结构，比如光子、电子和夸克。
那么，复合粒子的自旋——就是其内部各组成部分之间，相对轨道角动量和各组成部分自旋的向量和，即：按照量子力学中，角动量相加法则求和。比如，质子的自旋——可以从夸克和胶子的自旋得到。
综上可见，量子态通过多个量子数，描述了微观粒子的运动状态。量子数代表的，就是微观粒子，最小的不可分割的一个状态性质，可以称之为——自由度。而自由度，可以理解为状态呈现的一些数值——这些数值是量子化的，即不连续、跳动、随机的，显然是非常“自由”的。
而在众多量子数中， 自旋 性质是所有微观粒子，所普遍共有的。那为什么所有的粒子都要 自旋 呢？
这目前是一个未解之谜，或许有不自旋的粒子，只是我们无法观测到它们而已。
不过呢，有一种性质，也是所有的微观粒子都具有的——就是 波粒二象性 ，或许 自旋 与 波粒二象性 之间有着不为人知的关系，更或许正是有了 自旋 ，才有了粒子的波动性——因为这两者之间有一个共同的系数，就是π，即：自旋的圈就是波动轨迹的圈。
并且在量子化的时候，粒子的粒子性呈现出了—— 自旋 ，而在非量子化的时候，粒子的波动性呈现出了—— 波动轨迹 。
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