Friday, August 22, 2014

楼层的高度差和波长的倒数成正比。而波长的倒数被光速c一乘,就是频率ν。可以说楼层的高度差和谱线的频率成正比 ; 频率被普朗克常数h一乘: 一个特定辐射频率的“量子”究竟包含了多少能量

一代天骄波尔兹曼(Boltzmann)与统计物理(18)
已有 1352 次阅读 2014-3-21 23:01 |系统分类:科普集锦
1912年散仙波尔(Bohr打道回哥本哈根,仙桃美酒,娶了玛鸽。蜜月没到一半就带着新娘跑回曼彻斯特。一日酒足饭饱,道长说声抱歉,撇开玛丽玛鸽,拉着散仙就问秘密。
左上:卢瑟福,左下:玛丽,右上:波尔,右下:玛鸽
那散仙便不客气,啰里啰嗦地讲起来。卢道长心切,听他啰嗦,急得跺脚。听到一半,说你受德国人影响,以啰嗦为美德,不如我英伦历来崇尚简洁明了。说了半天,什么秘密呀?不就是李得宝公式(Rydberg formula)吗?这个数学儿戏,最多能说明氢原子那些谱线可以用两个整数表示,没什么物理含义。正如鸡肋,好看不好吃。和原子里的电子运动有什么关系?
散仙一笑道,这不仅仅是数学游戏。俺看李得宝公式,如得至宝。其背后藏着天大的秘密。
道长问,什么鬼秘密?
散仙说,你看,这公式表明一个谱线的波长的倒数和两项之差成正比,两项各自含有一个整数。第二项里的整数n至少比第一项的整数m大一个单位。李曼(Lyman)系列谱线的m=1,n=2,3,4。。。巴尔默(Balmer)系列的m=2,n=3,4,5。。。帕森Paschen)系列的m=3,n=4,5,6。。。就好像李曼谱线都是从二楼以上的各个楼层直接跳到一楼的人。巴尔默谱线都是从三楼以上的各个楼层直接跳到二楼的人。而帕森谱线都是从四楼以上的各个楼层直接跳到三楼的人,等等等等。
道长道,这都是数字游戏罢了,空中楼阁。亏你想象力丰富,别搞物理了,写诗作画去吧。
散仙道,未必是空中楼阁。你看,楼层的高度差和波长的倒数成正比。而波长的倒数被光速c一乘,就是频率ν。可以说楼层的高度差和谱线的频率成正比。
道长:那又如何?
散仙:频率被普朗克常数h一乘,hν,就是普朗克-爱因斯坦光子,这样楼层高度差就成了能量差,楼层就是能量层,或能级。电子从楼上落到楼下,每掉下来一次吐一个光子。正好像爱因斯坦说得光电效应里电子一口吃一个光子一样。这样一来,李德宝公式的秘密就在于,电子吐出的光子的频率或波长完全由楼层间的能量差来决定。虽然掉一次吐一个,但掉下来的高差越大,必定摔得越惨,吐得也就越多,单个光子能量就越大。我这叫,能量世界,量子乾坤,电子跳楼。。。
道长实在忍不住了,举起双手大叫,贤弟贤弟,等等。。。再说我就跳楼啦!


注释:
 氢原子李德宝公式,李德宝常数RH=1.097x107 m-1
 



普朗克假设,黑体在吸收和发射能量的时候,不是连续的,而是要分成“一份一份”,有一个基本的能量单位在那里。这个单位,他就称作“量子”,其大小则由普朗克常数h来描述。如果我们从普朗克的方程出发,我们很容易推导一个特定辐射频率的“量子”究竟包含了多少能量,最后的公式是简单明了的:

  E = hν

  其中E是能量,h是普朗克常数,ν是频率。
电磁理论认为,光作为一种波动,它的强度代表了它的能量,增强光的强度应该能够打击出更高能量的电子。但实验表明,增加光的强度只能打击出更多数量的电子,而不能增加电子的能量。要打击出更高能量的电子,则必须提高照射光线的频率。

  提高频率,提高频率。E = hν,提高频率,不正是提高单个量子的能量吗?更高能量的量子能够打击出更高能量的电子,而提高光的强度,只是增加量子的数量罢了,所以相应的结果是打击出更多数量的电子。一切在突然之间,显得顺理成章起来。

组成光的能量的这种最小的基本单位,爱因斯坦后来把它们叫做“光量子”(light quanta)。一直到了1926年,美国物理学家刘易斯(G.N.Lewis)才把它换成了今天常用的名词,


原文地址:宓海江:也说“物粒二重性”(兼与王令隽教授讨论)作者:BRTRF山东联络站

一:对‘光的波粒二重性’理论的出现,王教授说得很清楚。
1,牛顿认为光是粒子束流。他用粒子理论可以解释光的直线传播和反射现象
2,惠更斯提出了光的波动理论,可以成功地解释上述已知的所有的物理光学现象。麦克斯韦建立了统一的完备的电磁场理论,物理学家抛弃了牛顿的粒子说而采用惠更斯的波动说。
3,光的粒子理论的复活。十九世纪末,黑体辐射的频谱测量已经相当准确,维恩和瑞利琼斯提出了两个公式,一个能解释低端频谱,另一个能解释高端频谱,但是没有一个能够解释整个频谱。
    后来普朗克用粒子统计的数学得到一个完全符合实际的公式。能够解释整个频谱,不久。爱因斯坦的光电效应实验证明了光的粒子性。
4,德布罗意便提出一个波粒二象性(Duality)的说法(说不上是“理论”)。他认为,光既是波,也是粒子,是同一个东西具有两个表象。光在传播过程中表现波动性,而在与物质作用时表现出粒子性。
二:王教授也说了,波与粒子是二种性质完全不同的物理现象,不可能在同一物体中发生。王教授认为:波动理论是正确的,光粒子是假象;我认为:面对目前处境,有志的科学家应该纵合所有目前已取得的科学,站在更高的水平上,该放弃的放弃,该建立的建立,重创一个宇宙的物理模型,解释世间一切在现在看来是矛盾的事件。
我看完王教授论文,感觉他搞了一个选举,自己投了‘波’的一票,接下来,说些粒子论的不对。
    粒子论能随便被驳倒吗?
    光的粒子理论的复活的主要理论是普朗克用粒子统计的数学得到的公式。王教授只用了一小段文字去驳它:“普朗克在提出量子化假说时,并没有,也不必要把光看成粒子。普朗克的公式和推导只假定黑体中的光辐射能量可以量子化,黑体辐射的总体能量等于这些量子化的能量的总和。如此而已,岂有他哉!能量的量子化不等于粒子化。这种将整体能量分成许多成分的做法早在频谱分析中就已经有了。一个非简谐波的能量可以分解成无穷多个谐波。总能量等于各个谐波的能量的和。这并不要求每一个谐波都是粒子或物质。”
普朗克得出空间中能量起伏的不连续性后,以粒子统计学列出了一个精确的数学公式:
[转载]宓海江:也说鈥溛锪6重性鈥潱嬗胪趿铞两淌谔致郏
(假若王教授有能力,能用‘波动’导出这个公式,或者将它解释为波性的。)
普朗克不但假定了能量的不连续性,还提出了一个能量子的公式:  E = n h  ,后来根据光电效应的实验得出普朗克常数h 为6。6260755*10 Js,这是一个目前科学界最精确,也最有用的宇宙常数之一。
    王教授认为:‘能量的量子化不等于粒子化’,但是;能量的量子决不等于波动,白马非马,可白马属于马类。
    后来,爱因斯坦用光电效应证明了普朗克的量子假说。
    在王教批驳量子学说时,有一段奇文“不能把他当作光是粒子的证明。电子的直径小于一个费米,是微观尺寸,光量子的尺寸很大,至少大于一个波长。可见光的波长大于4000埃,相当于质子半径的四亿倍,体积比质子大26个数量级。电子的体积更小,小到我们现在还无法测量。一个电子要吸收一个光子,尺寸上就差了几十个数量级。按比例,比一只青蛙吞下一个银河系还难。固体的晶格长度约10埃,只有波长的400分之一。一个波长的平方可以覆盖16万个表面晶格。躲在这16万个晶格之中的广大电子群众如何竞争去吸收体积如此庞大的“光子”?是排队凭票供应,还是像狼群扑食一样各咬一口,吃到肚子里再将一口口的量子碎片拼成完整的光量子?”
光子是能量,经波长---动量转变后,没有波长,只有动能;而光波是有波长的,这不是恰恰说明光波不能解释光电子效应吗?
王教授的文章后面部分,又用较在长篇幅批虚粒子、波的频谱分析、交换光子、波的极化等问题的粒子性,我觉得已经不太重要了,我也不讨论了。
三:光的波性与粒性共在的现象,人们经过了一百多年的推敲,没有充足的科学实验与数学逻辑,凭几句话是无法推翻的。现在可以先找找在其中习惯性的错误,然后更改物理模型。以下我提出几点:
1,光波根本不是‘波’。
(一) 光波与宏观波(水波、声波等)不同:
(1)没有初速度和加速度;
(2)在运动过程中速度的变化没有记忆能力,也没有保留能力。假若一道光线先在真空中前进,其速度每秒30万公里,后来进入一个玻璃体,光线的速度降低,出玻璃体后来该光线又回到每秒30万公里;
(3)在四壁反射的空屋中,在发光源熄灭后,只留很短的熄后时间,光亮也随即熄灭。不像粒与波那样留有粒子或余波;
(二)光波与电磁波不同:
(1)在光波的能量公式中,只有‘频率’,没有光波的‘振幅’。即:E = n  h ;说明它是一根串有频子(频率单元)的线,线中的频子没有大小之分;
(2)光波无电性。用天线接收电磁波,天线二头可以测出其正与负的电性,而光波没有;
(3)电磁波在封闭的房屋内或在飞机的机舱中都可以传播;光线却不能;
(三)光自身的特殊性:
(1)‘光波’来无影,去无踪。粒子在运动前本身须存在,运动后也不消失,而它的外力必需是有质量与方向的矢量,它服从于质量守恒定律;波动在产生前也必需有其传媒体,三维空间中的波动完成后,传媒介体不消失。但是;二个硬物相碰产生光,或者电流受阻产生的光,都是被激发出来的,激发前无粒也无传媒,光现象属于来无影,去无踪。
(2)长途奔驰,运动中能量不减。2012年诺贝尔物理奖得主的结果:实验室内,让光子在二个反光镜间行走了40000千米,经过2。6*10(9次方)的反射,没有改变波长。没有损失动量。
(3)天文上观察,光线从仙女座星系传到地球达二百光年,经计算,到地球的光子只剩下一个了,而事实上,地球上还可以用肉眼看到它。
2,光的物理机制与解释。
    光的物理机制是激发型。
    在空间中当某处发生一个激发点,光线即由光源向四周激发(发射),例如第一点(在三维空间中)激发四周近处一圈的‘点’(在非三维空间中)都变成‘动光’,以后,这第一圈的显能量又激发第二圈的静能量变成‘动态光’,接下来第二圈的动态光又激发第三圈的静态光变成动态光……。假若以一维直线行进的光,就像商店广告边上的一圈小灯炮,左边第一个‘亮了’,接着触发第二个小灯炮‘亮了’,而第一个小灯泡就自动熄灭;接着第三个亮,第二个小灯炮又自动熄灭;再接着第四个‘亮了’,第三个小灯炮自动熄灭……,人们看起来,一道光亮在以一定速度自左向右运动。
3,羊肉串理论。光的能量 = 频率乘普朗克常数(E = v h),意思是一个频率,就是一个能量常值,它们的振幅都是相同的,可以叫它为‘频子’。光线就像一串‘羊肉串’,羊肉就是个别的‘频子’,假若棒上串的‘频’相互不连接,就是光线;假若抽有‘频率’加起来大于使棒上串的长度,‘频子’相互连接,甚之重叠,就是光粒(X光到粒子);棒上串的‘频’极少,不能形成有‘用’之热与能,甚之单独一颗‘频’,那就是中微子和单个频子。
四:光的二重性是光粒子与空间场所决定的。
    物质的的基本粒子没有“二重性”。
    光本身就可以以二种身分出现,频率小的是波,频率大的是粒子。那末频率大的是粒子如何也有‘波动性质’?
    小时候母亲给我猜谜语:“二头二只手。四耳六只脚。”我说“这是个妖怪。”母亲说:“不是,这是一个人骑着马。”
    电子与其他基本粒子是粒子,这是科学家在实验室内可以‘看见’,那为什么又说:电子与其他基本粒子是粒子有‘波’的性质?其实,在任何地方,人们并没有看见过电子在‘振动成波的前进。说它是‘波’的理由是,电子与其他基本粒子在经过狭缝后,显示在屏幕上的痕迹。其痕迹也不是整一颗粒子的‘波形’,而是许许多多粒子拼起来的‘波的结果’(衍射);还有更间接的理由是:在一些电子与其他基本粒子相互作用后,可以用‘波性’来推导。
    如此,可以用一个很简单的、比较经典的说明基本粒子二重性的例子:从电子枪射出的电子,粒子离开量子空间在宏观空间中运动,经过中间一个狭缝后,射到屏幕上。试验开始时,在屏幕上的痕迹是一个点以一个点的,即电子并不是波,而是以粒子碰撞于屏幕,但是;虽然是同一电子枪在同一位置射出的,中间的狭缝与后面的屏幕位置都没变,但是;落在屏幕上的点子不在同一位置上,看起来很乱,前一个点与后一个点之间没有规律。屏幕上点子越来越多,达到一定数量时,发现这些点子组成了平行于狭缝的多道粒点带,越离中间远处的,粒子数越少。这许多点子组成了光的的衍射的图形。
    再将试验装置中的中间单缝改为双缝隙,从电子枪射出的电子点子就组成了二个中心,在二个中心间,产生了像光线衍射产生的干搅区。
    从这些实验,直觉判断:在空间上,每粒子从粒子源出发时,已经知道前面有几道缝隙,自己应该走什么道,那样走;在时间上,每个粒子出发后,似乎知道从前有多少粒子被射了出去,它们都在那里,自己应该怎样走,走到什么地方等等。
    从前,人们认为这个现象全是电子个体所成,所以说不清楚,甚之有些科学家称这个现象为“鬼域”(爱因斯坦)。其实,电子从电子枪内射出后,必然是在空间中运动,电子质量轻,受“空间能“的影响比较大,这些“波”的行为其实是由于粒与能量起伏者组成的。
    空间能并不是杂乱无章的,应该是像其他‘场’一样(电场、磁场、力场),是一种严格又规则的空间场。
    1928年,拉曼将一束光线,经空间介质入射于物体,然后测量光线的散射部分,发现散射后的光线,有二部分组成,一部分是原来的入射光线的频率 ,另一部分是与入射频率无关的频率 (呈系列I = 1、2、3、……),并呈正负二部混入,所以散射频率有三部分: 、+ 、- 组成。拉曼将作用光的频率 改变,而空间介质不变,结果显示 不变。拉曼又将作用光的频率不变,而空间介质改变,如在空气介质中改为在液体介质中,结果显示 也随之改变。拉曼试验说明:
    空间能影响空间中物件的物理现象是存在的,只要其能量可以达到,所以空间不能对物粒有影响,而对基本粒子影响较大;
    电子在空间(场)中前进,必然受空间中能量起伏(普朗克)影响,也受空间“场”形态的“管理”。
“场”有“全局”观点,“场”中每一“能处”,由“场”的总体形态所决定,由空间场的初始条件,边际条件的决定,当粒子在“场”中运动时,处处由“场”来管理。对于粒子来说,他除了它自己有“力”,还有外力(场力)指挥,所以它知道前面有几个孔,也知道它在众多粒子中自己的应该如何“作为”,如单孔场与双孔场的场内能量分布,在电子枪发射前,是早就被确定。
    基本粒子的‘波粒二重性’实质上就是‘空间与物性的二重性’

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