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导致量子力学诞生的Bohr-Kramers-Slater神秘论文

已有 1229 次阅读 2021-5-23 01:27 |系统分类:教学心得

1924年Bohr-Kramers-Slater(BKS)理论企图调和原子跃迁的不连续和电磁场的连续性的矛盾,为什么没使用光量子呢?因为Bohr更偏爱光的连续性。

BKS理论假设一个处于某定态的原子甚至在跃迁之前就会和别的原子通过等价于具有各种可能跃迁频率的虚振子产生的虚场的时空机制建立联络。虚辐射场不伴随着原子运动里的连续变化,而只充当包含原子的能量和动量的有限变化的跃迁的诱导。对应原理允许可以把辐射场中原子的反应和来自一组具有原子跃迁频率的虚谐振子产生的虚场中原子的反应进行比较。原子的自发跃迁是被视为原子自身运动的虚振子的虚辐射场诱导产生的,而爱因斯坦理论中受激辐射是其他原子包围空间的虚场诱导的结果。原子某跃迁的发生依赖于原子自身初始定态,还依赖于通过虚辐射场和它联络的别的原子的状态,但不依赖于后者原子的跃迁过程。虚辐射场导致某原子和远处的原子跃迁过程不具有密切的耦合,而具有各自的独立性。原子被诱导的跃迁不是具有相同初末态的远处的原子跃迁直接引起的。这种原子跃迁的独立性不但使能量守恒成为统计定律,而且动量守恒也成为统计定律。对于原子的跃迁,则要放弃距离遥远的原子跃迁的因果联系,特别是直接应用能量和动量守恒定律。如果原子跃迁被远处原子的虚辐射场诱导,原子动量的方向和虚场中波的传播方向相同。原子被自己虚场诱导的情况,自然地假设原子动量的改变是按概率定律分布的,原子动量的分布的方式是由其他原子跃迁引起的动量改变被统计补偿到空间任何方向。

发光的原子充当与入射光干涉的虚波辐射的二次波源。如入射波频率和对应各种可能跃迁的其中一个虚振子的频率吻合,二次波的振幅就很大,这些二次波和入射波的相位关系会减少或增加虚辐射场的强度,因此会削弱或增强诱导别的原子跃迁的虚辐射场的功率。虚辐射场强度是否减弱或增强依赖于被入射光充分发挥作用的虚振子是否对应于原子能量增加或减小的跃迁。X射线被电子的散射被认为是被X射线辐照的电子通过二次相干子波发射的连续现象。入射虚辐射场导致了每个电子的反应,类似于经典理论期望的一定速度运动的电子的反应,该电子速度和假想的波源一致,并在X射线影响下使得电子做受迫振动。这种情况下虚振子运动的速度不同于被X射线辐照的电子自己的速度,这点显然不同于经典情形。被X射线辐照的电子拥有一定的概率,单位时间内在任何给定方向上都具有一定的动量。利用这个效应,即量子理论情况下代替动量连续转移给经典理论中伴随着散射X射线的电子,动量的统计守恒在类似于在光被吸收的现象上能量的统计守恒的方式是被保证的。

现在看虚辐射场有点像电磁扰动,但实际上不是那回事,也不同于真实的电磁波。虚辐射场由虚振子产生的,而虚振子可视为原子自身运动,其频率具有原子跃迁的各种可能的频率,虚辐射场的功能是诱导能量和动量的有限变化的原子跃迁。能级连续情形下虚辐射场和原子中电子运动的联系逐渐过渡经典辐射的情形。BKS假设不包含原子结构中满足频率条件和对应原理的光谱线频率、强度、偏振之间联系的任何改变,只是给出了一种关于各种光学现象终极依赖的其本质方面不同于经典概念的原子跃迁过程的时空发生的新图像。BKS理论启发了Kramers研究原子被光照时的色散现象,该研究直接导致了量子(矩阵)力学的诞生。BKS理论很快在1925年被Bothe,Compton等人的X射线散射实验所否定,但它无愧于自己的历史地位,如Heisenberg所说“这种探索代表了(旧)量子理论中危机的实际顶点”。





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2 谷云乐 王安良

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