科学|从最基本的思想了解量子领域( 二 )
本文插图
图1.5：氢谱线
以氢作为我们的“测试原子” ， 我们可以研究一些关于光谱线的东西 。 当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时发出的光的波长由下面方程给出：
本文插图
这里 ， Z是原子数 ， n_1是起始电子层序列 ， n_2是结束电子层序列 ， R是里德伯常数 。
根据它从哪层跳跃到哪层 ， 观察到不同的波长（图1.5） 。
光电效应
研究人员用光子撞击某些金属 ， 这些金属会发出电子 。 当光子的能量超过金属中电子所能吸收的阈值能量时 ， 它们就会被喷射出去 。
因此我们可以得出：
本文插图
所以在某种意义上 ， 光子和电子之间存在弹性碰撞 。 能量守恒是严格意义上的类粒子行为 。 这不能用光的波动特性来解释 。
光的波粒二象性
碰撞中的能量守恒是类粒子的行为 。
然而 ， 这回避了一个问题：“所有的东西都同时具有粒子和波的特性吗?”让我们用能量枪来解释 。
假设在能量枪上安装了一个新部件 ， 可以发射网球和电子 。 你被放在一个有两条缝的障碍物前面 。 在障碍物后面 ， 有一堵特殊的墙 ， 可以检测电子或网球落在哪里 。 首先 ， 你用网球射击 。 你认为在你射击完所有的网球后屏幕会是什么样子？你一定在想象类似图1.6的东西 。
本文插图
图1.6：灰色墙壁上网球的撞击点
那么电子呢？在你发射了所有的电子之后屏幕会是什么样子？虽然我们期望的是一样的 ， 但事实并非如此 。
本文插图
图1.7：电子穿过狭缝 。
如图1.7所示 ， 形成干涉图 。 这是波的特性 。 干涉是波的叠加和相互抵消 。
本文插图
图1.8：两波相互碰撞 ， 形成一个较大的波
当具有相同符号的波（在图1.8中均为正）相互碰撞时 ， 它们将变成较大的波 ， 然后继续前进 。 当具有相反符号的波相互碰到时 ， 它们会相互抵消（图1.9） 。
本文插图
图1.9-两波碰撞 ， 在移动之前由于相反的符号和相等的大小而抵消
我们仍然很难理解这种模式是如何形成的 ， 假设电子是一系列波（图2.1） 。
图2.1：双缝实验
波撞击裂缝 ， 变成半圆形 ， 并在某些点发生干涉 。 当存在相长干涉时 ， 在屏面上形成一个带 。 然而 ， 在没有带的地方 ， 就有相消干涉 。
所以电子可以像波一样运动 。
现在 ， 这种粒子波二象性需要一个新的公式来结合这两种观点 ， 并证明一些东西 ， 比如电子 ， 可以有质量和波长 。 德布罗意公式给出了质量和波长之间的关系 ， 从而巩固了波粒二象性的概念 。
本文插图
德布罗意的物质波方程 ， h是普朗克常数 。
这个公式告诉我们所有的物质都具有波的性质 。 那么为什么没有波长呢？为什么我们在计算速度或位移时不使用波长?
因为物体质量越大 ， 波长就越小 。 对于像网球、人或狗这样大的物体 ， 波长并不重要 ， 因为它们太微不足道了 。
推荐阅读
- 科学|金属所在极细多晶体铜中发现一种新型亚稳固态-受限晶体结构
- 科学,Spacex|美“太空班车”正式启航！SpaceX载人“龙”飞船顺利升空
- 行业互联网|1.5亿元重奖50位青年科学家！可做科研也可还房贷
- 科学,Spacex|【SpaceX今日首次正式发射载人飞船，送四名宇航员进空间站】
- 科学|中科院和代尔夫特理工大学开发新方法 预测钠离子电池原子结构
- 白石崖|我国科学家研究揭示 丹尼索瓦人曾长期生活在青藏高原
- 科学|科学奇闻，有生之年，人类有可能会经历的宇宙大事件
- 科学|澳洲母牛开始吃蛇，专家称缺乏营养，是真的吗？这预示着什么？
- 科学|3亿年前的文明地图，中国一直可以走到澳洲，世界是一片大陆
- 科学|惊天骗局？科学家发现即便没有人类，也无法阻止全球变暖