這個(gè)圖像害人啊,,其實(shí)原子里并沒(méi)有軌道。 回到原子為什么十分穩(wěn)定,? 1.原子十分穩(wěn)定,,這一論斷來(lái)自我們的日常經(jīng)驗(yàn)。我們自己及我們的世界都是十分穩(wěn)定的,,從我們出生到死亡,,山還是那山,水還是那水,。再附加一個(gè)教條,,萬(wàn)事萬(wàn)物皆由原子構(gòu)成,既然世界是穩(wěn)定的,,那么原子也是穩(wěn)定的,。 2.原子的有核模型告訴我們,原子中所有的正電及絕大部分質(zhì)量集中分布于原子中心極小的區(qū)域,,大小只有飛米量級(jí)(10的-15次方米),,原子中的負(fù)電以電子形式存在于原子中,換句話(huà)說(shuō)電子存在的區(qū)域?qū)⒋笾猎拥某叽纾@一尺寸大致是1埃,,或10的-10次方米,,但電子本身根據(jù)現(xiàn)代物理的知識(shí)又是很小的,小到甚至就是一個(gè)幾何的點(diǎn),。以上啰里啰嗦一大堆,,屬于現(xiàn)代物理的教條,所謂教條就是金科玉律,,懂不懂你先背下來(lái)再說(shuō),。 3.根據(jù)電磁學(xué)的知識(shí),帶負(fù)電的電子和帶正電的原子核之間存在吸引的相互作用,。鑒于電子的質(zhì)量比原子核小很多,,我們可以只研究電子在電磁相互作用下的運(yùn)動(dòng),而干脆認(rèn)為原子核是靜止不動(dòng)的,。這個(gè)叫近似,,打個(gè)比方就是我們研究衛(wèi)星在地球的吸引下運(yùn)動(dòng),我們只需要研究衛(wèi)星怎么動(dòng)就可以了,,地球因其質(zhì)量很大,,我們就直接認(rèn)為它不動(dòng)好了。 4.電子在電磁相互作用下怎么動(dòng),,需要用到力學(xué)的知識(shí),,雖然大部分人已經(jīng)忘記怎么求解F=ma了,但都會(huì)承認(rèn)電子將圍繞原子核轉(zhuǎn)圈,,就好像衛(wèi)星會(huì)圍繞地球轉(zhuǎn)圈一樣,。 5.根據(jù)電磁輻射理論,電子在轉(zhuǎn)圈的同時(shí)會(huì)向外輻射電磁波,,電子的動(dòng)能變小了會(huì)導(dǎo)致電子的軌道降低,,這個(gè)也可以類(lèi)比衛(wèi)星圍繞地球的運(yùn)動(dòng),衛(wèi)星因和稀薄的大氣摩擦,,動(dòng)能也會(huì)降低,,這導(dǎo)致衛(wèi)星一邊轉(zhuǎn)圈一邊降低軌道,最后會(huì)掉進(jìn)大氣層,。往下光定性的講故事就沒(méi)用了,,我們還必須定量地估計(jì)電子損失能量的速率是多少,或者說(shuō)需要估算電子向外輻射電磁波的功率是多少,?計(jì)算的結(jié)果是非常大,,電子會(huì)在瞬間(10的-10次方秒)就損失掉全部的能量,落在原子核上,。按照這個(gè)故事,,氫原子的壽命就是10的-10次方秒,,這和我們前面說(shuō)的[1]是矛盾的。 6.截止目前為止,,我僅僅解釋了這個(gè)問(wèn)題何以成為問(wèn)題,。如果你能憑自己的思考就把這個(gè)問(wèn)題給解決了,并且正好就是現(xiàn)在量子力學(xué)給出的答案,。那么你的物理學(xué)水平應(yīng)該相當(dāng)于:索末菲+玻爾+德布羅意+海森堡+玻恩+薛定諤,。顯然,這是不可能的,。最好的方法可能還是按部就班地學(xué)一學(xué)量子物理,,然后邊學(xué)邊思考。 7.問(wèn)題的核心是為什么電子在原子核外面轉(zhuǎn)圈,,但不輻射電磁波,。 8.量子力學(xué)不承認(rèn)電子在原子核外面“轉(zhuǎn)圈”,轉(zhuǎn)圈的字面意思是電子會(huì)按照一個(gè)圓形,,或橢圓形軌道運(yùn)動(dòng),,果真如此,電子就可以用位置和動(dòng)量來(lái)表示其運(yùn)動(dòng)狀態(tài),。這一條在量子力學(xué)里是不成立的(“位置-動(dòng)量”不確定關(guān)系),。 9.量子力學(xué)從根本上推翻了經(jīng)典力學(xué),但量子力學(xué)保留了幾乎所有經(jīng)典力學(xué)的名詞,,這有點(diǎn)像清朝推翻了明朝,,但還住在明朝的宮殿里。比如經(jīng)典力學(xué)里有作用量,,在量子力學(xué)里也有作用量,。 10.量子力學(xué)也能解釋經(jīng)典力學(xué),玻爾說(shuō)當(dāng)量子數(shù)n很大的時(shí)候,,量子規(guī)律會(huì)退化為經(jīng)典規(guī)律(對(duì)應(yīng)原理),。還有一個(gè)說(shuō)法更好,當(dāng)普朗克常數(shù)h趨于0的時(shí)候,,量子規(guī)律會(huì)退化為經(jīng)典規(guī)律。 11.量子力學(xué)中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用波函數(shù)描述,,波函數(shù)滿(mǎn)足疊加原理,,波函數(shù)隨時(shí)間的變化滿(mǎn)足薛定諤方程(動(dòng)力學(xué)方程,地位相當(dāng)于牛頓第二定律F=ma),。 12.狄拉克說(shuō)有了薛定諤方程,,一切物理問(wèn)題,化學(xué)問(wèn)題原則上就都解決了,,剩下的是怎么解,,怎么算的問(wèn)題,。比如我們就可以計(jì)算原子中電子的運(yùn)動(dòng),計(jì)算出來(lái)發(fā)現(xiàn)電子可以處在各種各樣的態(tài),,其中能量最低的態(tài)叫基態(tài),,能量較高的態(tài)叫激發(fā)態(tài),這些能量是分立的,。并且這些態(tài)的壽命都是無(wú)窮長(zhǎng)(不僅基態(tài)的壽命是無(wú)窮長(zhǎng),,激發(fā)態(tài)也是,考慮到電子和光子的相互作用后,,激發(fā)態(tài)的壽命才變成是有限的),。 13.還有其他一些對(duì)此問(wèn)題的解釋?zhuān)热缥乙部梢杂谩拔恢?動(dòng)量”不確定關(guān)系解釋?zhuān)@些解釋都不系統(tǒng)化。所謂系統(tǒng)化的解釋是說(shuō)我這里的方法是很有普適性的,,很容易推廣到任意量子力學(xué)問(wèn)題,。 本來(lái)想推薦一本量子力學(xué)教科書(shū),但想想還真沒(méi)有特別滿(mǎn)意的(為什么我要寫(xiě)一本的好理由),。 14.泛泛的學(xué)習(xí)量子概念,,到一定程度水平就不會(huì)提高了,看再多帖子也沒(méi)用,,想實(shí)打?qū)嵉膶W(xué)物理,,還是要看教材,推公式(即便是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題,,也要嘗試用數(shù)學(xué)式子來(lái)表達(dá)),。 |
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