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远程势能

已有 3254 次阅读 2016-11-17 14:14 |系统分类:科研笔记

远程势能

1)以氢原子为例。氢原子外层有一个电子,电子波函数(俗称S轨道)分为一个角向的部分,一个径向的部分。角向部分是球对称的,径向部分有一个最可几的位置。当电子处于此最可几状态时称基态,氢原子基态电子能为-13.6eV,由最可几位置向内至原子核以及向外至“无穷远处”,能量(分立能级)均升高,取“无穷远处”(真空)势能为零。

2)如果氢原子外层电子离开基态,而处于一个较高能级,就称作激发态;如果电子被激发至“无穷远处”,则事实上氢原子电离,电离能为13.6eV

3)考察离子的情况,例如氯离子。氯离子原子核最外层为7个电子,得到一个额外的电子后成为氯离子,氯离子带负电。如果这个额外的电子处于原子核与“无穷远处”之间的一个中间的位置,一般地说,该氯离子处于“激发态”。从能量(能级)角度来看,这个额外的电子通常会失去多余的能量,而逐步跃迁,回到最可几位置处,回归“基态”。

4)在接近“无穷远处”,能级非常密集,近似可看成是连续的,此时可以画出“势能曲线”。下图为分子势能曲线(势能曲线的位置梯度,即定义为力,下图r0左方的势能曲线定义的是斥力,右方定义了引力):

5)上图(尽管是分子势能示意图)对于离子最外层的电子,定性上也是正确的。由于波函数必须与各内层电子的波函数正交,外层电子难以接近原子核;而外层电子被激发至无穷远处,同样意味着电离。

6)假定一个氯原子,和一个钠原子,二者处于相对较远、但又不是真正意义上的“无穷远”的位置。就钠原子最外层的那一个电子而言,该电子既可看成隶属于钠原子,处于钠原子接近于基态的较低能级上,也可以看成是隶属于“氯离子”,处于“氯离子”的较高能量的激发态。二者相互作用的结果,是相互接近,形成“离子键”,成为一个氯化钠分子。

7)需要注意,氯原子最外层电子为p轨道,钠原子最外层为s轨道,二者的取向和对称性是不同的。p轨道有一定的取向性,意味着带正电原子核所发出的电力线(电场),不能在所有方向上被完美“屏蔽”;即便是s轨道,就某一瞬时而言,也不是完美屏蔽。

8)前面讨论的内容,均是正宗量子力学告诉人们的图像,细节或者措词上可能有瑕疵,总体上看并不违反当前的科学认知。现在假定“氯原子/氯离子”是含有亿万个原子的一团物质,“钠原子/钠离子”亦如是,因而两团粒子之间存在着由于电势能所造成的引力。这个引力与“万有引力”相比,不知哪一个更大一些;疑惑“万有引力”已经包含了上述的这种作用。

9)当前讨论引力的来源,是从分子、原子的层面继续深入向下,至原子核、基本粒子的层面,然后假定基本粒子中有一个叫做“希格斯子”,以“希格斯子”为引力的最终来源。然而如上所述,即便是在分子、原子层面、考虑外层电子的形态和行为,依然还有未解释清楚的“引力作用”。

10)如果将量子场论等归结为“计算技巧”,与物理实在脱钩,——则为了计算方便和成功,所引入的一些东西,未必需要真切地在客观的现实世界中必须存在。举例来说,有一个著名的“分财产”的例子,说的是“一个老人,有17头驴,还有三个儿子,他死后要把他的17头驴分给大儿子二分之一,分给二儿子三分之一,分给三儿子九分之一,问:怎么分?”,为了分配成功,而引入的“另一头驴子”,在现实中不是必须存在的。由此,所谓的高端物理实验,自然可以观察到各种“基本粒子”的行为的迹象,但是其中有若干个找不到,倒也不是什么大不了的事情。

11)需要注意,前面举例中,氯原子核钠原子的能级结构是不相同的(一个外层为p轨道,另一个为s轨道),二者相互作用的对等性(作用力等于反作用力)也还没有得到说明。如果认为参与相互作用的两个原子,先行形成一套共同的能级结构(类似于多原子规则排列形成晶体能带那样;如果认为两物体各自带一套局部空间构架,则此过程应当称作空间融合,宇宙是多物质体空间融合的产物),然后再讨论在共同能级结构下的相互作用力问题,也许可以解决对等的问题。

12)假定有两个物体AB,根据二者之间存在上述相互作用(引力)的理解,在A的角度看,A处于势能最低点,离开A之后,存在一个势能空间,空间中的物体B处于势能高处(因此B“应当掉落下来”);然而同样根据相互作用的观点,在B的角度,其本身处于势能最低点,而A处于势能高处(是A“需要向着B物体掉落”)。全局来看,还有没有一个能量标准了?到底在全局的能量系统中,AB孰高孰低呢?示意图如下。

13)一种临时性的安排,是引入质心。AB两物体各自孤立时,是一种说法;如果二者各自不孤立而是构成一个体系,是另一种说法,此时体系的质心范围内,存在AB的势能最低点(势阱)。由此引申:从势能的角度考察,物质的聚集体为最优选的构型。

14)从孤立状态向体系状态转变,粗略地描述为(参见上图):质心将A的势能体系“拿过来,放置在B物体一侧”,将B的势能体系“拿过来,放置在A物体一侧”,构成统一的势能体系。这个过程可以称作是“空间融合”(坐标系,时间需要做到“测度统一”)。

15)“万有引力”与本文中所描述的相互作用,最大的不同,在于中子作为不带电荷的有质量粒子,与“远处”有质量的其他粒子之间,是存在“万有引力”的,显然不属于本文中的这种“电势能”反映的情况。




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