弯曲的旅行 · 第二十一节
《弯曲的旅行》第二十一节
2002年夏,作者在剑桥卡文迪什实验室参加弦理论年会,由此引出原子结构的历史:卢瑟福提出原子由原子核和绕行电子组成,但经典电磁学预言电子会辐射能量、螺旋坠向原子核……
2002年夏,作者在剑桥卡文迪什实验室参加弦理论年会,由此引出原子结构的历史:卢瑟福提出原子由原子核和绕行电子组成,但经典电磁学预言电子会辐射能量、螺旋坠向原子核,原子应在不到一纳秒内坍缩,稳定的电子轨道成了谜。
为解释稳定轨道,玻尔把普朗克的量子观念用于电子,提出只有某些特定半径的轨道被允许,电子在轨道上绕行时上下振动的次数必须是整数;没有外来作用,电子无法滑向原子核。他还用经典推理计算这些轨道的能量,正确预言了氢原子光谱的频率,使爱因斯坦等人信服,尽管他本人并未解释这一量子化条件的由来。
随后德布罗意提出粒子也具有波动性,波长与动量成反比、与普朗克常数成正比;玻恩把波解释为位置的概率函数,其平方给出在某处找到粒子的概率;薛定谔创立波动方程描述波随时间的演化。单个粒子只能测到一个位置,但大量相同电子的分布会与概率波一致,如同身高分布图。这一波粒二象性由双缝实验体现:1961年克劳斯·琼森用电子穿过两条狭缝打在屏幕上,仿效托马斯·杨的光干涉实验,以观察电子的波动特征。