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量子长裤
我记得有一次我从洗衣店里取出一条长裤。
我很困惑,因为我正穿着这条长裤。
我茫然地站了几秒钟,确信自己是这条量子长裤的主人,而它正处于不同位置的长裤叠加态。
然后有人告诉我,我有两条一模一样的长裤,只是以前我没有留意。
我之前的那种辩解是在考虑量子力学。
在量子力学中,你永远不会做出简单的解释,简单的解释永远行不通。
发射器中激发的光可以像粒子一样运动,但双缝实验表明,它在穿过狭缝时可以像波一样运动。
在艾萨克·牛顿的“经典物理”
中,一切都是合理的,粒子与波截然不同。
量子论模糊了这个边界。
原因很复杂
爱因斯坦在瑞典领取诺贝尔奖的时候,年轻的丹麦物理学家兼足球爱好者[4]尼尔斯·玻尔正在把量子论应用到整个原子上。
原子由几种粒子构成,包括聚集在原子核中心的质子,以及在原子核外、像蜜蜂绕着蜂巢一样嗡嗡飞行的电子。
(原子核里也有中子,但当时尚未被发现。
)
众所周知,发光原子发出的光,其值是该原子所特有的。
例如,热铁发出的光与热镍发出的光频率不同,相反,当光照射在原子表面时,它们吸收不同颜色的光。
以前这很难解释,因为人们认为光是一种平滑的波状物质。
可是,一旦我们知道光有时由特定能量的粒子构成,就有可能解释它与物质的相互作用。
光子能有特定的值,所以电子能也有特定的值。
在玻尔的量子论中,电子并不是围绕着原子核快速地随机移动的。
相反,它们穿越无形的球面,且这些球面间隔的距离是特定的。
玻尔把这些球面称为“电子壳层”
,但很明显他应该称之为“玻尔比特”
(1)。
玻尔设想的原子是一个三维的太阳系,这是人们至今还在绘制的原子图像。
然而,电子和行星的区别在于,行星能够以它喜欢的任意距离绕太阳运行。
引力在空间的每一点都起作用,并随着距离的增大而平稳地减小。
所以只要以正确的速度避免被吸过去,行星就能够在任意轨道上运行。
但电子壳层不同。
电子不能吸收任意的能量,因为能量被分割成特定的值(我们说电子壳层是量子化的)。
低能量的电子固定在靠近原子核的壳层上,但如果它吸收一个光子,就会获得推力,从而绕着更远的壳层轨道运行。
假设壳层之间的距离是固定的,只允许一定能量的跃迁,那么就只有特定的光束能与特定的原子相互作用。
假设两个壳层之间的距离是20eV。
如果电子吸收一个20eV的光子,它就能完美地跃迁,但如果我们向原子发射19eV的光子,就什么也不会发生。
原子中不允许发生19eV的跃迁,因此光子会继续穿过,就好像原子不在那里一样。
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