Si no existiera la mecánica cuántica, nuestra comprensión del mundo sería incorrecta.
Solíamos pensar que había algo estático en el mundo, pero en realidad no lo había, no había nada estático en ninguna parte.
Si hemos encontrado algo que está quieto, es porque no lo hemos acercado.
▍El movimiento es la forma en que existe la materia.
A fines del siglo XVIII y principios del siglo XIX, no solo estalló la revolución industrial sino también la revolución científica en Europa. En un lugar pequeño como Suiza, había dos universidades famosas: EPFL y ETH Zurich. .
Más de 30 de los mejores físicos han nacido aquí, incluido el famoso Einstein. Se puede decir que Europa dominó el desarrollo de la física moderna, y la revolución más importante en la física fue el nacimiento de la mecánica cuántica.
Rutherford bombardeó una lámina de oro muy delgada con partículas alfa y descubrió que la mayoría de las partículas alfa penetraron la lámina de oro, pero algunas rebotaron como si hubieran golpeado un objeto duro, y algunas casi se recuperaron de la misma manera.
Esto demuestra que la masa de los átomos se concentra en un punto muy pequeño, por lo que se propone el modelo de átomos del sistema solar.
Pero los modelos del sistema solar no pueden explicar el fenómeno de la luminiscencia atómica.
Bohr revisó el modelo de Rutherford al modelo de Bohr, argumentando que cuando los electrones se mueven alrededor del núcleo, necesitan absorber energía cuando saltan de un nivel de energía a otro, y cuando los electrones regresan al nivel de energía original, deben liberar energía. la energía se emite en forma de fotones.
Según el modelo atómico de Bohr, los niveles de energía orbitales de los electrones se rigen por las leyes de la mecánica cuántica, y diferentes radios orbitales corresponden a diferentes niveles de energía, que son discontinuos. Los electrones que saltan de un lado a otro entre diferentes niveles de energía emitirán luz en diferentes espectros, que es el espectro de los átomos.
La mayor parte de la luz del universo es emitida por la vibración de los electrones, a excepción de la generación natural del big bang.
▍Interacción material, ¿por qué una mesa puede sostener una taza?
Cuando los científicos estudiaron el espectro atómico, encontraron que la luz radiada por los electrones no era la misma que la estructura predicha por el modelo atómico de Bohr.
El modelo de Bohr es más tosco, pero en realidad el espectro de emisión de electrones tiene una estructura más fina. Una línea espectral se dividirá en múltiples líneas con bandas oscuras muy delgadas en el medio. Esto muestra que los niveles de energía de los electrones fuera del núcleo deben subdividirse más.
Para explicar la fina estructura del espectro, Arnold Sommerfeld modificó el modelo de Bohr.
En el modelo de Bohr, los electrones se mueven en un movimiento circular alrededor del núcleo, mientras que en el modelo de Sommerfeld, los electrones se mueven en un movimiento elíptico alrededor del núcleo.
Además, Sommerfeld introdujo una constante de estructura fina para describir la distribución de líneas atómicas de hidrógeno.
De hecho, el modelo atómico de Sommerfeld todavía tiene fallas y el espectro atómico es más refinado de lo que explica la teoría de Sommerfeld.
La última persona en completar esta explicación es el famoso Schrödinger, solo la ecuación de Schrödinger puede explicar completamente el movimiento de los electrones fuera del núcleo.
La ecuación de Schrödinger es una ecuación compleja diferencial parcial de segundo orden. La solución es un número complejo. La suma de los cuadrados de la parte real y la parte imaginaria del número complejo representa la probabilidad de distribución de electrones. Esta distribución se expresa en la forma de una nube de electrones.
Bueno, parece que no hay nada que ver con Sommerfeld, pero ese no es el caso.
Más tarde, en electrodinámica cuántica, al estudiar la interacción entre electrones y electrones, se encontró que la constante de estructura fina propuesta por Sommerfeld era muy útil.
Las interacciones de electrón a electrón se producen mediante el intercambio de fotones virtuales. La magnitud de esta fuerza decrece exponencialmente con la complejidad del intercambio de fotones, y la constante de estructura fina es la base de este exponente.
Casi todas las fuerzas en la vida diaria son la interacción entre electrones y electrones, porque los núcleos no pueden tocarse. Ponemos una taza sobre la mesa y nos apoyamos en la mesa, porque los electrones sobre la mesa están contra el fondo de la taza. los electrones ejercieron un efecto.
▍Entonces, ¿cuál es la constante de estructura fina?
La constante de estructura fina generalmente se representa por α, que se refiere a la relación entre la velocidad de los electrones fuera del núcleo de hidrógeno en la primera órbita de Bohr y la velocidad de la luz.Este valor es aproximadamente 1/136, y la fórmula de cálculo es α= e^2/(4πεcħ).
donde e es la carga del electrón, ε es la permitividad del vacío, ħ es la constante de Planck reducida y c es la velocidad de la luz en el vacío.
La constante de estructura fina, que relaciona la carga de los electrones con la velocidad de la luz.
Si la velocidad de la luz cambia, la constante de estructura fina cambiará inevitablemente, la interacción entre electrones cambiará inevitablemente, y una taza colocada sobre una mesa puede hundirse repentinamente en la mesa.
Entonces, el fotón no solo no puede detenerse, tiene que volar todo el tiempo, sino que tiene que volar a una velocidad constante.
