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当以最简捷的方式理解理论物理

时间:2022-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:薛定谔想到可以用物质波的波-粒二象性来修正玻尔模型。在薛定谔的原子模型中,电子可以处在周长等于其物质波波长整数倍的任何轨道上。另外一例是关于物理学家泡利的。泡利是一位物理化学教授的儿子,在1925年发表了《不相容原理》一文。我们可以用最简捷的方式理解不相容原理。所以必定存在一种基本原理阻止电子都挤在同一个最低的轨道上。好的物理理论,其命题和来源都是可以简洁化的。

对于自然界蕴藏着的道理,如诗词那样,各人有不同的理解。理解物理,当以最简捷的方式。例如刘伯承元帅在井冈山当红军军校校长期间,对学员讲什么是“弹道”,他就用小孩撒尿时的轨迹作解释,形象生动,使人容易懂得。

现举两个原子物理的例子。

玻尔的原子模型,电子在轨道上做圆或椭圆运动(加速运动),根据麦克斯韦的理论,电子要电磁辐射而损失能量(光),但这与实验不符。薛定谔想到可以用物质波的波-粒二象性来修正玻尔模型。

在薛定谔的原子模型中,电子可以处在周长等于其物质波波长整数倍的任何轨道上。这是一种驻波,故并不代表电子做加速运动。因此,只要电子保持在其轨道上,它就不会辐射光。

另外一例是关于物理学家泡利的。泡利是一位物理化学教授的儿子,在1925年发表了《不相容原理》一文。他提出描述原子中电子能级的三个量子数应该再加上第四个量子数。解释为在任意一个特定的能级中,允许有两个,而且最多也只能有两个电子存在,其中一个电子顺时针自旋,另一个反时针自旋。我们可以用最简捷的方式理解不相容原理。

从玻尔的原子轨道理论已经知道,质量为m的电子的轨道半径是

Z原子序数,当Z增加时,电子基态的半径将减小。另一方面,由能量公式

可知,电子被束缚得更紧,于是原子实体将随Z的增加而减小。但这与事实不符,也与化学知识相矛盾。如果电子都挤在同一轨道上,化学反应就难以发生。所以必定存在一种基本原理阻止电子都挤在同一个最低的轨道上。这就是泡利的发现。

20世纪80年代是量子压缩态研究的热门时期,其实只要将坐标本征态|x>➝|x/μ>的变换算符找到,就在理论上知道压缩态的产生机制。

相干态则是找使得海森堡不确定关系取极小值的结果。好的物理理论,其命题和来源都是可以简洁化的。譬如,我对量子力学的来源以及基本的发展就理解为如下的几步:自然界有生有灭,自生自灭;既然是先生后灭而不是先灭后生,那么产生操作与湮灭操作不可交换,这就暗示存在量子;相应于此,坐标的测量与动量的测量之先后也不可交换,于是必然导致测不准原理;理想情况下,精确测粒子坐标由(x)表示,完全飘忽不定由平面波exp(ipx)表示,这反映了波粒二象;既然测不准,则必有量子论概率假设。

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