牛頓建立的經典力學, 在相當長的時間裡使人類對世界的認識都局限於經典物理。 經典物理也可以理解為以牛頓建
牛頓力學對宏觀低速的解釋是相當完善的了,
到了20初, 人類對於微觀世界才有了像模像樣的認識, 在此之前則是在一片迷霧中前行。
1897年前後, 科學家才弄明白電子是每個原子必備的共同組成成分。
科學家知道電子帶負電, 原子整體則是電中性, 也就是不帶電, 則推測, 原子中勢必還有帶正電的物質, 科學家再對這個帶正電的物質研究時出現了下面的理論。
湯姆孫葡萄乾麵包模型
湯姆孫認為原子內部的正電荷及其品質均勻的分別在原子內部, 電子就像是西瓜裡的瓜子鑲嵌其中。
葡萄乾麵包模型
盧瑟福行星模型
α粒子(帶正電的高能粒子)散射實驗, 簡單點說就是向原子內部發射α粒子, 而其中少量的α粒子發生的偏轉角度比湯姆孫預言的大得多, 有1/8000的α粒子發生了大於90°的偏折,
後來, 盧瑟福提出了盧瑟福模型, 這個模型就是 “行星運動模型”——原子核就像太陽, 電子就像行星, 圍繞在太陽周圍公轉。 由於這個理論與當時的實驗高度吻合, 所以很快被物理學界接受。
盧瑟福模型
但是很快大家發現, 核外電子繞核運動要有加速度, 根據經典的電磁理論, 核外電子就要釋放能量, 原子的能量則會逐漸減少, 發出的頻率逐漸改變, 那麼發出了的光譜應該是連續的。 再看看核外電子, 由於電子不斷釋放能量, 慢慢的電子會接近原子核, 最後落到原子核上。
盧瑟福模型告訴我們什麼呢?一是原子發出的光譜是連續的, 二是電子最後會落到原子核, 原子則是一個不穩定的系統。 但事實表明原子不僅是穩定的, 發出的光譜也是不連續的。
玻爾在“行星運動模型”的基礎上運用了普朗克的量子假說和愛因斯坦的光子假說, 提出了電子在核外的量子化軌道, 解決了原子結構的穩定性問題, 建立了氫原子結構理論, 但還是它還是存在理論缺陷的(只能處理氫原子的問題)。
不久, 德布羅意博士提出了微觀物質具有波粒二象性來解釋原子結構(波粒二象性簡單地說就是任何物質不僅有波動的特徵, 還有粒子的特徵)。
測不准原理
現在關於微觀世界的研究仍在繼續, 這裡只能簡單大概的簡說一下學界目前公認的事實, 微觀粒子具有波粒二象性, 粒子的位置和動量不能同時有確定值(不能知道某個位置狀態下的粒子的動量, 因為測量需要觀察,觀察要借助光,當光子打到要測量的粒子上的一瞬間粒子動量就會發生不連續變化,即便知道這一瞬間位置,也無法得知其動量),測不准原理也關聯了量子的概率理論。
普朗克
現代電子雲模型
電子在原子核外很小的空間內做高速運動,其運行沒有固定的規律,只能用概率統計出電子在某一點出現的頻率,不能確切地說電子在某一時刻究竟會出現在原子核外的哪個地方,只能知道它在某處出現的機會有多少。為此,就以單位體積內電子出現幾率,即幾率密度大小。用小紅點的疏密來表示,小紅點密處表示電子出現的幾率密度大,小紅點疏處幾率密度小,看上去好像一片帶負電的雲狀物籠罩在原子核周圍,因此叫電子雲。
電子雲動態圖
量子理論的建立為微觀世界的研究送來了光明,可是上帝不喜歡擲骰子,而量子理論就建立在概率理論的基礎上。雖然不知道粒子在下一時刻會出現在哪,當時可以知道粒子在某一位置出現的概率,還是有規律可循的,所以不能說量子理論支持自由意志!
文/《科學認識論》、編輯:物理小識(原載)
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因為測量需要觀察,觀察要借助光,當光子打到要測量的粒子上的一瞬間粒子動量就會發生不連續變化,即便知道這一瞬間位置,也無法得知其動量),測不准原理也關聯了量子的概率理論。普朗克
現代電子雲模型
電子在原子核外很小的空間內做高速運動,其運行沒有固定的規律,只能用概率統計出電子在某一點出現的頻率,不能確切地說電子在某一時刻究竟會出現在原子核外的哪個地方,只能知道它在某處出現的機會有多少。為此,就以單位體積內電子出現幾率,即幾率密度大小。用小紅點的疏密來表示,小紅點密處表示電子出現的幾率密度大,小紅點疏處幾率密度小,看上去好像一片帶負電的雲狀物籠罩在原子核周圍,因此叫電子雲。
電子雲動態圖
量子理論的建立為微觀世界的研究送來了光明,可是上帝不喜歡擲骰子,而量子理論就建立在概率理論的基礎上。雖然不知道粒子在下一時刻會出現在哪,當時可以知道粒子在某一位置出現的概率,還是有規律可循的,所以不能說量子理論支持自由意志!
文/《科學認識論》、編輯:物理小識(原載)
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