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关于量子的解释(3)共振与量子化

已有 6684 次阅读 2010-9-1 13:12 |个人分类:物质结构|系统分类:论文交流| 共振, 量子化, 原子光谱, 模态响应

       共振是一种普遍的自然现象,敲击我们周围的物体,物体就会发出其特定的声音,这种声音是由于敲击导致了物体的共振并向周围空气中传播的现象。根据振动和结构力学的知识,一个物体共振的频率只取决于物体的自身几何结构和材料的力学性质,这种由结构和材料属性决定的频率就是物体的固有频率,对于线弹性的物体,敲击可导致物体以固有频率或自然数倍数频率的共振。共振是结构对外界作用的响应,物体的共振可导致其结构变化甚至破坏,因此在建筑、机械、汽车等结构设计中都要进行结构的固有频率的计算,尽量避免使用环境或自然灾害等因素可能引发的结构共振而损坏。

      前面我们已经证明了氢原子中的电子和质子存在一个自然稳定的基态轨道,轨道半径是氢原子结构的特征由常规洛伦兹力和辐射偶合决定的,洛伦兹力是结构的力学特征,电子和质子的电磁辐射是氢原子与外界进行能量交换的途径。当氢原子受到外界作用时,可以激发其共振,频率可以是轨道的固有或高阶频率,同时轨道会发生相应的改变。由于高阶频率是固有频率和自然数函数,因此其取值不会连续,并伴随着与外界的不连续电磁能量交换即不连续光的吸收与辐射。

       氢原子以固有频率发生共振,由于与外界进行电磁能交换,电子和质子轨道就会变成类椭圆封闭轨道,可以理解为两个带电粒子轨道沿轨道面的法产生的同频振动,振动方向固定指向基态轨道的法向,振幅取决于辐射交换的强度,如图3-1所示。E0为基态电子轨道,E1为共振轨道,E1可分解为E0沿Z轴的同频振动。

 

图3-1基态电子轨道的共振,E0为基态轨道,E1为共振轨道

       氢原子基态向高阶共振轨道的跃迁,可以理解为基态电子轨道吸收一定频率的电磁振动能(振动方向沿轨道法向Z轴),轨道发生改变的现象,很显然此频率由高阶轨道和基态轨道的差异来确定

      以上模型可以初步得出,氢原子与外界的能量交换的电磁辐射波可以是定向和定频的结果。

      对于上述共振物理模型,可以选用多种数学的方法进行求解,振动或驻波方法当然是最直接和简单的方式。下一篇博文将介绍,采用驻波方法进行数学处理的过程,探讨薜定谔方程和普朗克常数的来历。

      综上所述,原子轨道沿其法向产生共振是值得我们关注和信赖的原子发光模型,是导致其光的辐射和吸收表现出的能量和频率不连续的根本原因,电磁辐射量子化(线光谱)是原子结构共振的必然结果

系列博文:
 
关于量子的解释(1)光子 
关于量子的解释(2)氢原子的电磁自辐射与稳定性
关于量子的解释(3)共振与量子化
关于量子的解释(4)薜定谔方程与普朗克常数
关于量子的解释(5)物质结构理论的新篇章


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2 杨正瓴 vigorous

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