可不可以解释一下离散量子云状态?

可不可以解释一下离散量子云状态?
可不可以解释一下离散量子云状态?

可不可以解释一下离散量子云状态?
首先,玻尔假设,电子在围绕原子核运转时,只能处于一些“特定的”能量状态中.这些能量状态是不连续的,称为定态.你可以有E1,可以有E2,但是不能取E1和E2之间的任何数值.正如我们已经描述过的那样,电子只能处于一个定态中,两个定态之间没有缓冲地带,那里是电子的禁区,电子无法出现在那里.
但是,玻尔允许电子在不同的能量态之间转换,或者说,跃迁.电子从能量高的E2状态跃迁到E1状态,就放射出E2-E1的能量来,这些能量以辐射的方式释放,根据我们的基本公式,我们知道这辐射的频率为ν,从而使得E2-E1 = hν.反过来,当电子吸收了能量,它也可以从能量低的状态攀升到一个能量较高的状态,其关系还是符合我们的公式.我们必须注意,这种能量的跃迁是一个量子化的行为,如果电子从E2跃迁到E1,这并不表示,电子在这一过程中经历了E2和E1两个能量之间的任何状态.如果你还是觉得困惑,那表示连续性的幽灵还在你的脑海中盘旋.事实上,量子像一个高超的魔术师,它在舞台的一端微笑着挥舞着帽子登场,转眼间便出现在舞台的另一边.而在任何时候,它也没有经过舞台的中央部分!
每一个可能的能级,都代表了一个电子的运行轨道,这就好比离地面500公里的卫星和离地面800公里的卫星代表了不同的势能一样.当电子既不放射也不吸收能量的时候,它就稳定地在一条轨道上运动.当它吸收了一定的能量,它就从原先的那个轨道消失,神秘地出现在离核较远的一条能量更高的轨道上.反过来,当它绝望地向着核坠落,就放射出它在高能轨道上所搜刮的能量来.
人们很快就发现,一个原子的化学性质,主要取决于它最外层的电子数量,并由此表现出有规律的周期性来.但是人们也曾经十分疑惑,那就是对于拥有众多电子的重元素来说,为什么它的一些电子能够长期地占据外层的电子轨道,而不会失去能量落到靠近原子核的低层轨道上去.这个疑问由年轻的泡利在1925年做出了他发现,没有两个电子能够享有同样的状态,而一层轨道所能够包容的不同状态,其数目是有限的,也就是说,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.
一个原子就像一幢宿舍,每间房间都有一个四位数的门牌号码.底楼只有两间房间,分别是1001和1002.而二楼则有8间房间,门牌分别是2001,2002,2101,2102,2111,2112,2121和2122.越是高层的楼,它的房间数量就越多.脾气暴躁的管理员泡利在大门口张贴了一张布告,宣布没有两个电子房客可以入住同一间房屋.于是电子们争先恐后地涌入这幢大厦,先到的两位占据了底楼那两个价廉物美的房间,后来者因为底楼已经住满,便不得不退而求其次,开始填充二楼的房间.二楼住满后,又轮到三楼、四楼……一直到租金离谱的六楼、七楼、八楼.不幸住在高处的电子虽然入不敷出,却没有办法,因为楼下都住满了人,没法搬走.叫苦不迭的他们把泡利那蛮横的规定称作“不相容原理”.
但是,这一措施的确能够更好地帮助人们理解“化学社会”的一些基本行为准则.比如说,喜欢合群的电子们总是试图让一层楼的每个房间都住满房客.我们设想一座“钠大厦”,在它的三楼,只有一位孤零零的房客住在3001房.而在相邻的“氯大厦”的三楼,则正好只有一间空房没人入主（3122）.出于电子对热闹的向往,钠大厦的那位孤独者顺理成章地决定搬迁到氯大厦中去填满那个空白的房间,而他也受到了那里房客们的热烈欢迎.这一举动也促成了两座大厦的联谊,形成了一个“食盐社区”.而在某些高层大厦里,由于空房间太多,没法找到足够的孤独者来填满一层楼,那么,即使仅仅填满一个侧翼（wing）,电子们也表示满意.
所有的这一切,当然都是形象化和笼统的说法.实际情况要复杂得多,比如每一层楼的房间还因为设施的不同分成好几个等级.越高越贵也不是一个普遍原则,比如六楼的一间总统套房就很可能比七楼的普通间贵上许多.但这都不是问题,关键在于,玻尔的电子轨道模型非常有说服力地解释了原子的性质和行为,它的预言和实验结果基本上吻合得丝丝入扣.在不到两年的时间里,玻尔理论便取得了辉煌的胜利,全世界的物理学家们都开始接受玻尔模型.甚至我们的那位顽固派——拒绝承认量子实际意义的普朗克——也开始重新审视自己当初那伟大的发现.
玻尔理论的成就是巨大的,而且非常地深入人心,他本人为此在1922年获得了诺贝尔奖金.但是,这仍然不能解决它和旧体系之间的深刻矛盾.麦克斯韦的方程可不管玻尔轨道的成功与否,它仍然还是要说,一个电子围绕着原子核运动,必定释放出电磁辐射来.对此玻尔也感到深深的无奈,他还没有这个能力去推翻整个经典电磁体系,用一句流行的话来说,“封建残余力量还很强大哪”.作为妥协,玻尔转头试图将他的原子体系和麦氏理论调和起来,建立一种两种理论之间的联系.他力图向世人证明,两种体系都是正确的,但都只在各自适用的范围内才能成立.当我们的眼光从原子范围逐渐扩大到平常的世界时,量子效应便逐渐消失,经典的电磁论得以再次取代h常数成为世界的主宰.在这个过程中,无论何时,两种体系都存在着一个确定的对应状态.这就是他在1918年发表的所谓“对应原理”.