理解概率波才能理解量子力学,从原子模型开始

科学之美,大可到无垠星空,小可到电子夸克,远可谈光年以外,近可说触手可及;大可谈到哈勃半径,小能说普朗克长度;从量子物理到柴米油盐,从深空之下到眼前苟且,科学无处不在。

在说量子力学概率波之前我们先回顾一下中学物理,之前我们说到构成万事万物的原子是由原子核和电子构成的,原子核带正电,电子带负电,数量相等,相互抵消,所以原子总体不显电性。但原子核和电子在原子里的关系是很神奇的,它们是什么结构呢?

刚开始大家以为原子核和电子就像葡萄干面包,带负电的电子就像葡萄干一样塞在带正电的原子核面包里,这就是著名的葡萄干面包模型。

后来丹麦物理学家玻尔提出了波尔模型,大概意思就是电子绕原子核的运动就像是地球绕着太阳那样绕圈圈一样的运动。而且波尔模型在简单情况下的计算结果和实验是相符合的。

但是电子数量一多,波尔模型又不顶用了,但他还是因为这个理论拿了一个诺贝尔奖。后来实验水平进步了,大家就想研究下电子在原子核周围到底是怎么运动的,结果一实验,全部懵圈了,同一个实验做一百次一百次结果都不一样,感觉这个电子在原子核周围的运动就像脱缰的野狗,毫无规律可言。那咋办呢?只要功夫深,铁杵磨成针,一百次不行就做一万次,一万次总该有规律了。

实验做多了,人们发现,无论如何,总是在离原子核近的地方找到电子的概率要比离原子核远的地方找到电子的概率大。这在高中课本里叫做电子云。这坨云离原子核近的时候大,远的时候小。

这告诉我们在微观世界里描述微观粒子的运动,再也不是精确描述了。不能像宏观世界里列出时间,地点,速度和方向做出确定性描述了。在微观世界里,你只能这么说,在原子核的南面1nm处找到一颗以1000米/秒的速度向东运动的电子的概率大概是balabala。

微观世界里我们只能用概率描述事件,这就是量子力学描述微观世界的物理语言,这就是概率波为啥叫波呢?因为你这坨看你电子云,它长得多像一个波啊(一本正经)。

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