干涉现象,对于们理解作为化学和生物以及由之构成
们和
们周围
所有东西
基本单元
原子
结构是关键
。在本世纪初,人们认为原子和行星绕着太阳公转相当类似,在这儿电子(带负电荷
粒子)绕着带正电荷
中心
核转动。正电荷和负电荷之间
吸引力被认为是用以维持电子
轨道,正如同行星和太阳之间
万有引力用以维持行星
轨道
样。麻烦在于,在量子力学之前,力学和电学
定律预言,电子会失去能量并以螺旋线
轨道落向并最终撞击到核上去。这表明原子(实际上所有
物质)都会很快地坍缩成
种非常紧密
状态。丹麦科学家尼尔斯·玻尔在1913年,为此问题找到
部分
解答。他认为,也许电子不能允许在离中心核任意远
地方,而只允许在
些指定
距离处公转。如果
们再假定,只有
个或两个电子能在这些距离上
任
轨道上公转,那就解决
原子坍缩
问题。因为电子除
充满最小距离和最小能量
轨道外,不能进
步作螺旋运动向核靠近。
对于最简单原子——氢原子,这个模型给出
相当好
解释,这儿只有
个电子绕着氢原子核运动。但人们不清楚如何将其推广到更复杂
原子去。并且,对于可允许轨道
有限集合
思想显得非常任意。量子力学
新理论解决
这
困难。原来
个绕核运动
电荷可看成
种波,其波长依赖于其速度。对于
定
轨道,轨道
长度对应于整数(而不是分数)倍电子
波长。对于这些轨道,每绕
圈波峰总在同
位置,所以波就互相迭加;这些轨道对应于玻尔
可允许
轨道。然而,对于那些长度不为波长整数倍
轨道,当电子绕着运动时,每个波峰将最终被波谷所抵消;这些轨道是不能允许
。
美国科学家里查德·费因曼引入所谓对历史求和(即路径积分)
方法是
个波粒二像性
很好
摹写。在这方法中,粒子不像在经典亦即非量子理论中那样,在时空中只有
个历史或
个轨道,而是认为从A到B粒子可走任何可能
轨道。对应于每个轨道有
对数:
个数表示波
幅度;另
个表示在周期循环中
位置(即相位)。从A走到B
几率是将所有轨道
波加起来。
般说来,如果比较
族邻近
轨道,相位或周期循环中
位置会差别很大。这表明相应于这些轨道
波几乎都互相抵消
。然而,对于某些邻近轨道
集合,它们之间
相位没有很大变化,这些轨道
波不会抵消。这种轨道即对应于玻尔
允许轨道。
用这些思想以具体数学形式,可以相对直截
当地计算更复杂
原子甚至分子
允许轨
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