薛定谔的猫究竟死了没?爱因斯坦到底为什么秃顶?量子化学,上帝也搞不定的神奇世界。
《上帝掷色子吗?量子化学杂记》作者是曹天元。
一、光的本质
1)微粒说:光是由细小的微粒构成。
牛顿做了一个色散实验,一束白光通过一个三棱镜,折射到墙壁,就弄成了七彩光。牛顿觉得白光是不同颜色的微粒混和在一起,通过三棱镜后这种微粒分开了。
2)波动说:光是因为介质的震动形成的波。
托马斯•杨做了一个双缝干涉实验,把一张纸置于光源和屏幕之间,这张纸上有两条平行的空隙,光穿过空隙投到屏幕上,出现了“干涉白色”,这证明光是一种波动。
3)光的波粒二象性:把光看作波和粒子的混和体。
爱因斯坦用量子概念解释了光电效应,光才能从金属材料表面打出电子来,它要求光的能量必须被分成一份一份,这就是光子。同时,麦克斯韦电磁学等式仍然有效,光也是仍然是电磁波。
二、原子结构模型
1)玻尔原子模型
原子核外边有好多圈轨道量子物理如何改变世界,电子在轨道上运动,玻尔觉得,电子在轨道上的能量具有个别特定的基态。电子在基态台阶之间的上下跃迁,能够发射或则吸收谱线。这个模型完美地解释了氢原子波谱,但也存在着局限。
2)矩阵热学
海森堡从可观测的谱线、原子运动出发,构建上去用数据表格进行估算的矩阵热学量子物理如何改变世界,因而得出量子化的基态和频度,尤其是可以估算有两个电子的氦原子的谱线。
3)波动热学
薛定谔见到德布罗意的物质波假定以后,很快用精典热学的微分等式写成了薛定谔波动多项式。这个等式引入了波函数,把电子看成一种波的震动,这些波如同两端固定的琴弦一样,震动模式是量子化的,因而可以估算原子波谱。
三、量子状态本质
1)奥斯陆提出的“概率解释”
克拉科夫觉得,薛定谔的波函数描述的是电子在各个位置出现的机率。电子本身不会像奶油一样扩充开来,但它出现的位置是随机的,总体上机率像一个波,根据波函数分布。
2)海森堡的“不确定性原理”
先观测粒子的位置,都会影响它的速率,反过来,检测速率又会影响到位置。由于任何的检测行为都须要用一个工具来进行,例如用光去照射粒子。用于侦测的光子必须撞到这个粒子上,才才能晓得这个粒子的状态;并且在撞到的同时,它也早已改变了粒子的状态。所以想要同时高精度地检测这两个化学量是办不到的,甚至绝对精确地检测某一个数学量也是办不到的。
3)玻尔的“互补原理”
玻尔在1928年提出了“互补原理”,讨论任何事物都要结合特定的观测手段才有意义。跟精典数学学、经典哲学不一样,量子世界里,没有独立存在的客观世界,主观和客观产生一个统一不可分割的整体。物质不同的形态既互斥又互补。