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物理學的三個基本定律

生活 更新时间:2025-04-25 10:21:14

在現代物理學建立起來之前,科學家一直認為原子就是不可分割的最小結構單元,認為原子是實體的,就像一顆玻璃珠那樣。

但随着人類科技水平提高,科學家深入到更微小的領域發現,原子并非不可分割的,原子内部也有自己的結構。

物理學的三個基本定律(物理學界極其複雜的概念)1

原子非常小,直徑隻有大約10的-10次方米左右,原子的中心是原子核,直徑隻有大約10的-15次方米左右,原子核外圍是更小的電子。如果我們把原子結構等比例放大,如果原子核由一個籃球那麼大,那麼原子核外圍最近的電子也遠在一公裡之外,其他區域都是空蕩蕩的。

我們的身體都由原子構成,如果把身體内所有原子的空蕩蕩的部分都抽走,我們的身體最終會被壓縮到隻有一個芝麻的大小。如果把世界上所有人都壓縮處理的話,最終得到的隻有蘋果大小。

一開始,人們認為電子在原子核外圍圍繞原子核運轉,就像地球圍繞太陽運轉那樣。但是如果是那樣的話,電子在運轉的過程就會慢慢失去能量,最終墜落到原子核上。但事實上這種情況并沒有發生。

顯然,電子并非像地球圍繞太陽那樣圍繞原子核運轉,那麼電子到底做什麼樣的運動呢?一開始科學家也百思不得其解。

直到著名物理學家尼爾斯波爾的出現,才讓物理學家對原子内部結構有了更深層的認知。而這一切都與神奇的光有關。

我們都知道,物體被加熱時基本上都會發光,而且不同物體會發出特定顔色的光,科學家們稱之為“光譜”。而物體又是由原子構成的,顯然原子與光有着某種必然的聯系。

波爾通過長期研究觀察,加上他那異于常人的洞察力,意識到光譜或許可以解釋原子内部空間分布規律,進而提出了自己的新見解:量子躍遷,一開始很難被大衆科學家接受的詭異理論。

量子躍遷理論指出,電子在原子核外圍并非做固定的運轉,電子的運行軌道并不固定,而是随時可能發生軌道躍遷,從基态(穩定态)躍遷到激發态(非穩定态),或者從激發态躍遷到基态。

物理學的三個基本定律(物理學界極其複雜的概念)2

電子的軌道是一層一層的,在基态和激發态之間來回躍遷,基态是距離原子核最近的那層軌道。而躍遷發生的前提就是吸收或者釋放特定能量的光子(能量)。

物理學的三個基本定律(物理學界極其複雜的概念)3

吸收特定能量的光子,電子就可能會從基态躍遷到激發态。相反,如果釋放特定能量的光子,就會從激發态躍遷到基态。當吸收的光子能量達到某個特定值,就會脫離原子核束縛,成為自由電子。

波爾通過量子躍遷對原子結構的描述可以看出,原子結構遠非像太陽系結構那樣。原子結構更像是一棟高層樓房,原子核位于樓房底層,而電子可能位于樓房的各個樓層,電子也隻能位于各個樓層,而不能位于兩個樓層之間,不過電子可以在各個樓層之間來回躍遷!

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那麼到底為什麼會發生電子躍遷呢?電子躍遷為何與吸收釋放光子有着直接聯系呢?

正如波爾所說:沒有人能真正理解量子躍遷,如果你認為自己了解了量子躍遷,說明你根本沒有理解徹底。

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除了量子躍遷,量子世界裡還有不少讓人感到匪夷所思的概念,比如說量子糾纏,量子隧穿等現象,直到今天科學家們還沒法徹底弄清楚量子世界裡的運行規律!

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