通过实验来验证。
微粒说和波动说。
经典力学、经典电动力学和经典热力学(加上统计力学)形成了经典物理世界的三大支柱。
相对论革命。量子论革命。
普朗克。
必须假定,能量在发射和吸收的时候,不是连续不断的,而是分成一份一份的。
能量的传输,也必须有一个最小的基本单位。
“量子”就是能量的最小单位。
整个宇宙最为重要的3个基本物理常数:量子常数h,引力常数G,和光速c。
光电效应。
对于特定的金属,能不能打出电子,由光的频率说了算。而打出多少电子,则由光的强度说了算。
爱因斯坦。
对于光来说,量子化也是一种必然的选择。
提高频率,不正是提高单个量子的能量吗?而更高能量的量子,不正好能够打击出更高能量的电子吗?提高光的强度,只是增加量子的数量罢了,所以相应的结果自然是打击出更多数量的电子。
“光子”。
光以量子的形式吸收能量,没有连续性,不能累积。量子作用本来就是瞬时作用,没有积累的说法。
不管是光,还是热辐射,经典物理面对的都是一个难以逾越的困境。
量子魔法影响了实实在在的物质-原子核和电子。
原子是可以继续分割的,它有着自己的内部结构。
在原子这样小的层次上,经典理论将不再成立,新的革命性思想必须被引入。
波尔。
任何元素在被加热时都会释放出含有特定波长的光线。任何元素都产生特定的唯一谱线。
原子只能放射出波长符合某种量子规律的辐射。原子只释放特定波长的辐射,说明在原子内部,它只能以特定的量吸收或发射能量。
原子内部只能释放特定量的能量,说明电子只能在特定的“势能位置”之间转换。电子只能按照某些“确定的”轨道运行,这些轨道,必须符合一定的势能条件,从而使得电子在这些轨道间跃迁,只能释放出符合巴尔末公式的能量来。
电子只能释放或吸收特定的能量(由光谱的巴尔末公式给出),而不是连续不断的。连续性被破坏,量子化条件必须成为原子理论的主宰。
电子的“台阶”(或轨道)必定也是量子化的,它不能连续而取任意值,而必须分成“底楼”“一楼”“二楼”等。
原子的化学性质,取决于它的核电荷数。
电子的稳定或跃迁。
电子跃迁会释放或吸收能量。
跃迁是一个量子化的行为。
不仅能量是量子化的,甚至连原子在空间中的方向都必须加以量子化。
一个原子的化学性质,主要取决于它最外层的电子数量。
一个轨道有着一定的容量。当电子填满了一个轨道后,其他电子便无法再加入到这个轨道中来。
“不相容原理”。
把量子的思想从本质上根植到物理学里面去。
德布罗意。
电子在前进时,本身总是伴随着一个波。这种波不能携带实际的能量和信息。
波动和微粒。
把光看成是不可区分的粒子的集合。
海森堡。
物理学的研究对象应该只是能够被观察到被实践到的事物。
从电子在原子中的运动出发,先建立起基本的运动模型来。矩阵。
更接近真理的原则。从事实-而且是唯一能被观测和检验到的事实-推论出来的。
坚固的基础,它只能从一些直接可以被实验观察和检验的东西出发。
我们唯一可以观察的只有电子在能级之间跃迁时的“能级差”。
坚实基础-可实际检验的物理量。
数学。
矩阵力学。
“电子自旋”。
薛定谔。
只要把我们的电子看成德布罗意波,用一个波动方程去表示它,那就行了。
波动力学。
就矩阵方面来说,它的本意是粒子性和不连续性。而波动方面却始终在谈论波动性和连续性。
波函数是一个连续不断的东西。是一个关于电子位置的函数。
波函数如影随形地伴随着每一个电子,在它所处的那个位置上如同一团云彩般地扩散开来。这种扩散及其演化都是经典的,连续的,确定的。
波函数是一个空间分布函数。当它和电子的电荷相乘,就代表了电荷在空间的实际分布。
波恩。
骰子,才是薛定谔波函数的解释,它代表的是一种随机,一种概率,不是电子电荷在空间的实际分布。波函数,或者更准确一点,波函数的平方,代表了电子在某个地点出现的“概率”。电子本身不会像波那样扩展开去,但是它的出现概率则像一个波,严格地按照波函数的分布所展开。
物理不能预测电子的行为,它只能找到电子出现的概率而已。
回顾一下:以黑体问题为导火索,普朗克的量子假设,爱因斯坦的光量子理论,波尔的原子理论,德布罗意的波理论,海森堡的矩阵力学,薛定谔的波动方程,波恩的概率解释。
整个物理理论只能以可被观测的量为前提。或是理论决定了我们能够观察到的东西。
理论不但决定我们能够观察到的东西,它还决定哪些是我们观察不到的东西!
“共轭量”。
“不确定性原理”。
给定全部条件?这个前提本身都是不可能的。
同时测量到准确的动量和位置在原则上都是不可能的。
这种效应只有在电子和光子的尺度上才变得十分明显。
内禀的能量。
这个基本能量被称作“零点能”,它就是量子处在基态时的能量。
动量p和位置q。能量E和时间t。
不确定性确实是建立在波和粒子的双重基础上的,它其实是电子在波和粒子间的一种摇摆:对于波的属性了解得越多,关于粒子的属性就了解得越少。不确定性其实同时建筑在连续性和不连续性两者之上。
电子既是个粒子,同时又是个波!
作为电子这个整体概念来说,它却表现出一种波-粒的二象性来:它可以展现出粒子的一面,也可以展现出波的一面,这完全取决于我们如何去观察它。
关键是我们“如何”观察它。
是在某种观察方式确定的前提下,它呈现出什么样子来。
一旦观察方式确定了,电子就要选择一种表现形式,它得作为一个波或者粒子出现,而不能再混杂在一起。
波和粒子在同一时刻是互斥的,但它们却在一个更高的层次上统一在一起,作为电子的两面被纳入一个整体概念中。这就是波尔的“互补原理”,它连同波恩的概率解释,海森堡的不确定性,三者共同构成了量子论“哥本哈根解释”的核心,至今仍然深刻地影响我们对于整个宇宙的终极认识。
“波粒二象性”。