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一代天骄波尔兹曼(Boltzmann)与统计物理(18)

已有 4605 次阅读 2014-3-21 23:01 |系统分类:科普集锦

1912年散仙波尔(Bohr打道回哥本哈根,仙桃美酒,娶了玛鸽。蜜月没到一半就带着新娘跑回曼彻斯特。一日酒足饭饱,道长说声抱歉,撇开玛丽玛鸽,拉着散仙就问秘密。

左上:卢瑟福,左下:玛丽,右上:波尔,右下:玛鸽

那散仙便不客气,啰里啰嗦地讲起来。卢道长心切,听他啰嗦,急得跺脚。听到一半,说你受德国人影响,以啰嗦为美德,不如我英伦历来崇尚简洁明了。说了半天,什么秘密呀?不就是李得宝公式(Rydberg formula)吗?这个数学儿戏,最多能说明氢原子那些谱线可以用两个整数表示,没什么物理含义。正如鸡肋,好看不好吃。和原子里的电子运动有什么关系?

散仙一笑道,这不仅仅是数学游戏。俺看李得宝公式,如得至宝。其背后藏着天大的秘密。

道长问,什么鬼秘密?

散仙说,你看,这公式表明一个谱线的波长的倒数和两项之差成正比,两项各自含有一个整数。第二项里的整数n至少比第一项的整数m大一个单位。李曼(Lyman)系列谱线的m=1,n=2,3,4。。。巴尔默(Balmer)系列的m=2,n=3,4,5。。。帕森Paschen)系列的m=3,n=4,5,6。。。就好像李曼谱线都是从二楼以上的各个楼层直接跳到一楼的人。巴尔默谱线都是从三楼以上的各个楼层直接跳到二楼的人。而帕森谱线都是从四楼以上的各个楼层直接跳到三楼的人,等等等等。

道长道,这都是数字游戏罢了,空中楼阁。亏你想象力丰富,别搞物理了,写诗作画去吧。

散仙道,未必是空中楼阁。你看,楼层的高度差和波长的倒数成正比。而波长的倒数被光速c一乘,就是频率ν。可以说楼层的高度差和谱线的频率成正比。

道长:那又如何?

散仙:频率被普朗克常数h一乘,hν,就是普朗克-爱因斯坦光子,这样楼层高度差就成了能量差,楼层就是能量层,或能级。电子从楼上落到楼下,每掉下来一次吐一个光子。正好像爱因斯坦说得光电效应里电子一口吃一个光子一样。这样一来,李德宝公式的秘密就在于,电子吐出的光子的频率或波长完全由楼层间的能量差来决定。虽然掉一次吐一个,但掉下来的高差越大,必定摔得越惨,吐得也就越多,单个光子能量就越大。我这叫,能量世界,量子乾坤,电子跳楼。。。

道长实在忍不住了,举起双手大叫,贤弟贤弟,等等。。。再说我就跳楼啦!


注释:

  $\frac{1}{\lambda}=R_H(\frac{1}{m^2}-\frac{1}{n^2})$ 氢原子李德宝公式,李德宝常数RH=1.097x107 m-1

  $h\nu=R_Hhc(\frac{1}{m^2}-\frac{1}{n^2})$






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