由量子力學引開的思考

? 最近學習量子力學但骨,從另一個角度回溯光譜學作歸化總結如下:

首先煤蚌,明確研究對象:微觀粒子,分子、原子腰奋、電子冲杀、光子疙教。普朗克在研究黑體輻射問題時為把低頻光和高頻光的輻射經(jīng)驗公式統(tǒng)一起來 做了一個重要假設:光是不連續(xù)的。 后來愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了光電效應容贝,驗證了這個想法。 證明光具有粒子性之景。 之后斤富,波爾研究太陽的吸收光譜時提出了原子的電子軌道是分立的。再后來德布羅意發(fā)現(xiàn)了電子是波動性的 就是說物質具有波動性锻狗。光满力,一直被認為是電磁波,具有波動性轻纪;而電子油额,作為一個基本的微觀粒子,具有粒子性桐磁,現(xiàn)代成像技術甚至可以觀測到電子軌道悔耘。但科學家說光也有粒子性的一面讲岁,粒子也有波動性的一面我擂。似乎是矛盾的,因為粒子性缓艳,表明有確定的質量校摩、動量、位置可確定預測阶淘;波動性則代表不確定衙吩,只能從其幾率,統(tǒng)計學角度去研究溪窒±と科學家說,不矛盾澈蚌,任何基本粒子都兼具波粒二象性摹芙,只是在空間維度上表現(xiàn)不同,并用不確定關系來限制這些物理量宛瞄「『蹋科學家還是喜歡用式子描述這些規(guī)律,于是薛定諤建立了一個模型份汗,薛定諤方程盈电,引入波函數(shù)來描述微觀粒子的運動狀態(tài)。這個方程寫出來容易解起來難杯活。為此匆帚,數(shù)學家絞盡腦汁,用算符旁钧、狄拉克方程卷扮、變分法各種手段去解這樣的微分方程荡澎。而在解方程過程中,為使波函數(shù)滿足所薛定諤假定的一系列條件晤锹, 所引入一些參數(shù)摩幔,就是量子數(shù),必須在分立時才有解鞭铆。這個模型從純數(shù)學角度或衡,印證了微觀粒子的量子性,即分立车遂、不連續(xù)的特點封断。另一方面,從波動性的角度講舶担,薛定諤方程所解得的波函數(shù)平方坡疼,就是概率密度函數(shù),也恰驗證了微觀粒子的波動性衣陶。

光譜學柄瑰,wiki的定義是the study of the interaction between matter and electromagnetic radiation。物質與電磁波的相互作用的研究剪况。其實是一種以電磁波(廣義的光)教沾,研究微觀粒子內部的工具∫攵希可以理解為以宏觀手段表現(xiàn)微觀特征的手段授翻。基本原理是光與電子發(fā)生相互作用孙咪,能量發(fā)生變化堪唐,導致電子或者光子在一定的軌道上躍遷,發(fā)射和吸收的能量則可以在光譜表現(xiàn)出來翎蹈。各種光譜總結如下:

1.當光子能量比較小時淮菠,與分子振動或者轉動的原子核運動量子化電子分布(能級)發(fā)生共振。光子被吸收杨蛋,電子躍遷至高能級兜材,分子整體能量升高;

1.1若能量弛豫逞力,發(fā)熱曙寡,用紅外吸收光譜研究;

1.2能量以光的形式發(fā)出寇荧,用熒光光譜研究举庶;

1.3若研究對象轉為發(fā)射光子,與分子作用后揩抡,能量可能升高或降低户侥,拉曼光譜可以反映镀琉;

2光子能量比較高時,X射線能量與內層電子能級相近蕊唐,光子進來屋摔,內層電子接受能量;

2.1能量升高電子直接被電離(可以認為升高至一個更遠的軌道依然是量子化的)替梨,用XPS(X射線光電子能譜)研究


2.2產(chǎn)生空穴钓试,外層填充進來能量升高:

2.2.1恰好使外層電子電離,俄歇電子能譜副瀑;

2.2.2能量以光子形式散出弓熏,X射線熒光;

3.光子能量與分子軌道的外層電子能量相近:

3.1吸收光子能量這部分能量是量子化的, 用紫外吸收光譜研究糠睡;

3.2激發(fā)態(tài)的電子躍遷回去挽鞠,又放出能量用,紫外波段的熒光光譜研究狈孔。


現(xiàn)代科學發(fā)展使人膨脹自大信认。其實不過是虛妄。人只不過是發(fā)現(xiàn)規(guī)律罷了除抛。就拿量子力學建立過程來看狮杨,科學家在實驗中發(fā)現(xiàn)匪夷所思的現(xiàn)象母截,嘗試建立模型解釋到忽。再用新的實驗現(xiàn)象去驗證。如此清寇,一個新的理論甚至學科誕生喘漏。科學從未真正創(chuàng)造什么华烟,發(fā)現(xiàn)或不發(fā)現(xiàn)翩迈,規(guī)律就在那里。只是人寧愿相信人類經(jīng)過無數(shù)簡化和假設的發(fā)現(xiàn)盔夜,也不愿意相信這一切規(guī)律背后的終極維護者负饲。驚嘆所發(fā)現(xiàn)規(guī)律美妙之余,只以概率草草搪塞解釋喂链。何其悲也返十。

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