上帝掷骰子吗？量子物理史话（一） (5-3)

· 从光量子的角度出发，频率更高的光线，它的单个量子要比频率低的光线含有更高的能量(E=hν)，因此当它的量子作用到金属表面的时候，就能够激发出拥有更高动能的电子来。而量子的能量和光线的强度没有关系，强光包含了更多数量的光量子，所以能够激发出更多数量的电子来。

· 爱因斯坦推导出的方程如下，等式左边是激发出电子的最大动能，hν是单个量子的能量， P是激发出电子所需要的最小能量：

1

─ mν²＝hυ – P

2

· 康普顿在研究X射线被自由电子散射的时候，发现了一个奇怪的现象：散射出来的X射线分成两个部分，一部分和原来的入射射线波长相同，而另一部分却比原来的射线波长要长。他引入光量子的假设，把X射线看作能量为hν的光子束的集合。那一部分波长变长的射线是因为光子和电子碰撞所引起的。

· 汤姆逊在研究阴极射线的时候，发现了原子中电子的存在：原子呈球状，带正电荷，而带负电荷的电子则一粒粒地“镶嵌”在这个圆球上，这样的一幅画面，史称“葡萄干布丁”模型。卢瑟福提出，原子的核心应该是带正电，而且集中了原子的大部分质量，那核心占据的地方是很小的，不到原子半径的万分之一，在这原子核的四周，带负电的电子则沿着特定的轨道绕着它运行。。

· 经典电磁理论预言，卢瑟福的体系将会无可避免地释放出辐射能量，并最终导致体系的崩溃。

· 任何元素在被加热时都会释放出含有特定波长的光线，任何元素都产生特定的唯一谱线，而巴尔末公式发现了这些谱线中非规律，其中其中R是里德伯常数，n是大于2的正整数：

1 1

υ＝R(── – ──)

2² n²

· 玻尔认为，原子内部只能释放特定量的能量，说明电子只能在特定的“势能位置”之间转换。电子只能按照某些“确定的”轨道运行，这些轨道必须符合一定的势能条件，从而使得电子在这些轨道间跃迁时，只能释放出符合巴尔末公式的能量来。

· 氢原子的光谱线代表了电子从一级特定的台阶跳跃到另一级台阶所释放的能量。因为观测到的光谱线是量子化的，所以电子的轨道必定也是量子化的，它不能连续而取任意值。

四、白云深处

· 玻尔假设，电子在围绕原子核运转时，只能处于一些“特定的”能量状态中。这些能量状态是不连续的，称为定态。当电子处在某个定态的时候，它就是稳定的，不会放射出任何形式的辐射而失去能量。但是电子在不同的能量态之间也可以跃迁，这种能量的跃迁是一个量子化的行为。

· 在玻尔—索末菲模型中，为了很好地解释塞曼效应和斯塔克效应，我们必须假定电子的轨道平面具有特定的“角度”：其法线要么平行于磁场方向，要么和它垂直。

· 泡利发现，没有两个电子能够享有同样的状态，而一层轨道所能够包容的不同状态，其数目是有限的。当电子填满了一个轨道后，其他电子便无法再加入到这个轨道中，这就是“不相容原理”。

· 玻尔力图向世人证明，他的原子体系和麦氏理论都是正确的，但都只在各自适用的范围内才能成立。当我们的眼光从原子范围逐渐放大到平常的世界时，量子效应便逐渐消失，经典的电磁理论得以再次取代h常数成为世界的主宰。在这个过程中，无论何时，两种体系都存在一个确定的对应状态。这就是他所谓的“对应原理”。

· 科学家们发现了谱线在弱磁场下的一种复杂分裂，称作“反常塞曼效应”。这种现象要求引进值为1/2的量子数，玻尔的理论对之无可奈何。

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