第10章离散能级与微分方程
作者:程威灵      更新:2019-07-28 05:36      字数:2341

薛定谔把原子的离散能级与微分方程,在一定的边界条件下的本征值问题联系起来,成功说明了氢原子、谐振子等的能级和光谱的规律。

几乎与此同时,w.海森伯与m.玻恩和e.约当建立了,矩阵力学。

矩阵力学的提出,与玻尔的量子论有很密切的关系,特别是玻尔的对应原理思想对海森伯有重要影响(见对应原理)。

它继承了,量子论中合理的内核(如原子的离散能级和定态、量子跃迁、频率条件等概念),同时又摒弃了一些,没有实验根据的传统概念(如粒子轨道运动的概念)。

海森伯特别强调,任何物理理论中,只应出现可观测的物理量(如光谱线的波长、光谱项、量子数、谱线强度等)。

矩阵力学中,赋予每一个物理量(如粒子的坐标、动量、能量等)以一个矩阵,它们的代数运算规则与经典物理量不同,两个量的乘积一般不满足交换律。

不久,薛定谔就发现矩阵力学和波动力学,是完全等价的。

紧接着p.狄拉克和e.约当提出一种,称为变换理论的更普遍的形式,指出矩阵力学和波动力学只不过是量子力学规律的无限多种表述形式中的两种。

量子力学是研究原子、分子以至原子核和基本粒子的结构和性质的基本理论,是近代物理的基础理论之一。

20世纪前的经典物理学只适于描述一般宏观条件下物质的运动,而对于微观世界(原子和亚原子世界)和一定条件下的某些宏观现象则只有在量子力学的基础上才能说明。

另一方面,物质属性及其微观结构只有在量子力学的基础上才能得以解释。

所有涉及物质属性和微观结构的问题,无不以量子力学,作为理论基础。

精星灵,曰:“黑体辐射量子方程。黑体幅射量子方程,是量子力学的第一部分,在1900年10月7日面世。当物体被加热,以电磁波的形式散发红外线辐射。物体变得炽热时,红色波长部分开始变得可见。大多数热辐射是红外线,除非物体变得像太阳的表面一样热,但当时的实验室内不能够达成这种条件而且只可以量度部分黑体光谱。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“能量e、辐射频率f及温度t可以被写成:e=hf/[e^(hf/κt)-1]。h是普朗克常数及k是玻尔兹曼常数。两者都是物理学中的基础。基础能量的量子是hf。可是这个单位正常之下不存在并不需要量子化。微观粒子的量子论诠释。物质的粒子性由能量e和动量p刻划,波的特征则由频率ν和其波长λ表达,这两组物理量由普朗克常数h(h=6.626×10-34j·s)联系。”

精星灵、曰:“由e=hv,e=mc2联立两式得:m=hv/c2(这是光子的相对论质量,由于光子无法静止,因此光子无静质量),而p=mc,则p=hv/c(p为动量)。德布罗意关系λ=h/p,和量子e=hv,这两个关系式表征波动性与粒子性的统一。物质波是微观粒子,如光子、电子等的波动,具有波粒二象性。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“白矮星。白矮星(whitedwarf)是一种低光度、高密度、高温度的恒星。也是一种很特殊的天体,它的体积小、亮度低,但质量大、密度极高。比如天狼星伴星(它是最早被发现的白矮星),体积和地球相当,但质量却和太阳差不多,它的密度在1000万吨/立方米左右。因为它的颜色呈白色、体积比较矮小,因此被命名为白矮星。白矮星是一种晚期的恒星。根据现代恒星演化理论,白矮星是在红巨星的中心形成的。白矮星属于演化到晚年期的恒星。恒星在演化后期,抛射出大量的物质,经过大量的质量损失后,如果剩下的核的质量小于1.44个太阳质量,这颗恒星便可能演化成为白矮星。对白矮星的形成也有人认为,白矮星的前身可能是行星状星云(是宇宙中由高温气体、少量尘埃等组成的环状或圆盘状的物质),它的中心通常都有一个温度很高的恒星──中心星,它的核能源已经基本耗尽,最后整个芯体又会怎样,或者说,这颗星星的本体。”

整个星体,开始慢慢冷却、晶化,直至最后“死亡”。

白矮星也称为简并矮星,因为它是由电子简并物质构成的星体。

它们的密度极高,一颗质量与太阳相当的白矮星体积只有地球一般的大小,而它微弱的亮度则来自过去储存的热能。

在太阳附近的区域内,已知的恒星中,大约有6%是白矮星。

这种,异常微弱的白矮星大约在1910年就被亨利·诺瑞斯·罗素、艾德华·查尔斯·皮克林和威廉·佛莱明等人注意到。

而白矮星的名字是,威廉·鲁伊登在1922年取的。

白矮星,被认为是低质量恒星演化阶段的最终产物,在我们所属的星系内97%的恒星,最终都要演化成白矮星。。

精星灵,曰:“形成过程。中低质量的恒星在渡过生命期的主序星阶段,结束以氢聚变反应之后。将在核心进行氦聚变,将氦燃烧成碳和氧的三氦聚变过程,并膨胀成为一颗红巨星。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“密度1000万吨/立方米左右。当红巨星的外部区域迅速膨胀时,氦核受反作用力却强烈向内收缩,被压缩的物质不断变热,最终内核温度将超过一亿度,于是氦开始聚变成碳。经过几百万年,氦核燃烧殆尽,恒星的结构组成已经不那么简单了:外壳仍然是以氢为主的混合物,而在它下面有一个氦层,氦层内部还埋有一个碳球。核反应过程变得更加复杂,中心附近的温度继续上升,最终使碳转变为其他元素。与此同时,红巨星外部开始发生不稳定的脉动振荡:恒星半径时而变大,时而又缩小,稳定的主星序恒星变为极不稳定的巨大火球,火球内部的核反应也越来越趋于不稳定,忽而强烈,忽而微弱。此时的恒星内部核心实际上密度已经增大到每立方厘米十吨左右,我们可以说,此时,在红巨星内部,已经诞生了一颗白矮星。当恒星的不稳定状态达到极限后,红巨星会进行爆发,把核心以外的物质都抛离恒星本体,物质向外扩散成为星云,残留下来的内核就是我们能看到的白矮星。”