據英國《明鏡周刊》報道,美國天文學家烏里昂奇.沃爾特()近日對影片《地心引力》()中述說的太空細節進行講解,并糾正了其中的錯誤。獲悉,《地心引力》描述了兩位宇航員在太空中飄泊生存的故事。沃爾特稱,宇航員在太空行走時十分危險。大的太空垃圾碎片可以避過,但數以百萬計的小碎片無法防治。雖然幾毫米大的微粒都可能刺傷太空服,它們的速率是炮彈的15倍。當太空服被刺傷后,將造成壓力消失,氫氣泄露,然而現今的太空服有緊急供應系統,可確保30分鐘安全,足夠宇航員返回空間站。沃爾特說,空間站與船的結構很像,也有甲板和擱板。若發生緊急情況,中心部份可以與受損部份分離。日本和平號空間站曾與無人船只翻車發生泄露,但最后所有人成功逃生。原則上說,懸浮在太空中的宇航員可以遇難,由于每套太空服都有噴氣發動裝置,但其行進距離只有1公里,因而在現實中,懸浮在太空中幾乎就意味著死亡。科學家揭密太空行走:太空服可被幾毫米微粒刺傷當時,取任何值都能使R滿足標準條件的解。所以正值的能量是連續的,相當于自由電子與H+離子結合為原子時釋放的能量。量子數的數學意義1.主量子數與能量量子化當時,能量是量子化的,自然得出。
2.角量子數和角動量角子化角動量是量子化的,自然得出。舊量子論:當角動量很大時,,,三者一致,所以玻爾理論給出了近似的結果。3.磁量子數m和空間量子化個角動量在外場方向的份量也是量子化的,即空間取向量子化,自然得出。用小黑點的密或稀形象地表示空間各處機率密度的相對大小,機率大的地方黑點濃密,機率小的地方黑點稀疏,稱它們為“電子云”電子在原子核外很小的空間內作高速運動,其運動規律跟通常物體不同,它們沒有確定的軌道。為此,我們不能同時確切地測定電子在某一時刻所處的位置和運動的速率,也不能描繪出它的運動軌跡。因而,人們常用一三、電子云種才能表示電子在一定時間內在核外空間各處出現機會的模型來描述電子在核外的運動。在這個模型里,某個點附近的密度表示電子在該處出現機會的大小。密度大的地方,表明電子在核外空間單位容積內出現的機會多;密度小的地方,表明電子在核外空間單位容積內出現的機會少。因為這個模型很像在原子核外有一層明暗不等的“云”,所以,人們形象地把它稱作“電子云”。在一般狀況下氫原子電子云示意圖小結1.量子熱學的兩個重要概念:量子化概念及波粒兩象性概念2.量子熱學的一個重要關系式:不確定關系3.量子熱學的一個基本原理:態疊加原理4.量子熱學的兩個基本假定:波函數的統計解釋及薛定諤多項式5.量子熱學的關鍵常量:普朗克常量6.本章介紹的三個重要實驗:電子對晶體的衍射、單縫衍射及雙縫干涉第三章量子熱學初步內容:1、微觀粒子的波粒二象性2、測不準原理3、波函數及其化學意義4、薛定諤波動多項式5、量子熱學問題的幾個簡例6、量子熱學對氫原子的描述§3.1微觀粒子的波粒二象性一、光的波粒二象性1672年,牛頓,光的微粒說1678年,惠更斯,光的波動說19世紀末,光是一種電磁波20世紀初,光量子------光的波粒二象性二、德布羅意關系式微觀粒子和光子一樣,在一定的條件下顯示出波動性。
具有一定能量E和一定動量p的自由粒子原子物理與量子力學上冊,相當于具有一定頻度?和一定波長?的平面波,兩者之間的關系為:----德布羅意關系式。與實物粒子相應的波稱為德布羅意波或物質波,?稱為德布羅意波長。德布羅意關系式還可以寫成式中,:角頻度;:傳播方向上的單位矢量適用條件:(1)電子,(2)非相對論(U不能太大)。:波矢量粒子的德布羅意波長:1.當時,2.當時,經過電場加速的電子:三、德布羅意假定的實驗驗證1927年,戴維遜和革末,電子衍射實驗原子物理與量子力學上冊,檢測了電子波的波長,否認了德布羅意假定。衍射,就是波繞開障礙物繼續傳播的現象。衍射是波特有的現象,不須要特殊條件,并且,假如要發生顯著的衍射,則需障礙物或小孔的規格比波長小或跟波長差不多。干涉白色是疏密間隔開的,且是等寬度的。衍射白色也是疏密相間并且不等寬度,是中間亮之后周圍越來越暗干涉,兩列頻度相同的光波在空中相遇時發生疊加,在個別區域總加大,在另外一些區域總減小,出現疏密相間的橫條或則是彩色碎花的現象稱作光的干涉。只有兩列光波的頻度相同,位相差恒定,震動方向一致的相干光源,能夠形成光的干涉。1.實驗裝置2.實驗結果(1)當U不變時,I與?的關系如圖不同的?,I不同;在有的?中將出現極值。
(2)當?不變時,I與U的關系如圖當U改變時,I亦變;并且隨了U周期性的變化當時強化----薩爾茨堡公式。波程差:實驗證明了電子確實具有波動性,也證明了德布羅意公式的正確性。并進一步證明:一切實物粒子(電子、中子、質子等都具有波動性。可見,當?、?滿足此式時,測得電壓的極大值。對于通過電流U加速的電子:當U不變時,改變?,可使某一?滿足上式,出現極大值當?不變時,改變U,可使某一U滿足上式,出現極大值。地球極區發覺神秘反射光揭未知“禁區”奧秘據美國媒體報導,法國空間局的SMART-1偵測器是一個對地球進行探求的飛船,在2006年時SMART-1偵測器就成功撞擊地球表面,撞擊發生后科學家開始對地球表面揚起的塵埃進行偵測,企圖通過這種塵埃來揭露地球的起源之謎。但地球上依然有許多地方被列為觀測上的“禁區”,科學家將其稱為未知的地球區域,非常是在地球的極區,我們對這兒的情況了解很少。按照SMART-1偵測器的觀測結果,科學家發覺在地球極區存在三個特別緊密的撞擊坑,內部存在一些神秘的反射光。圖中顯示的就是三個緊密排列的撞擊坑,由法國空間局SMART-1偵測器上的成像裝置拍攝,這張拼圖的大小為220公里除以700公里,坐落地球的南極附近,從右至左,這三個撞擊坑被命名為、以及撞擊坑。
撞擊坑半徑大概104公里,撞擊坑大概為109公里,而撞擊坑半徑最大,大概為177公里,這種地區被科學家稱為神秘的地球區域,其疏密黑斑促使這一地區保持著它的神秘感。因為地球被月球的引力鎖定,因而我們只能看見地球的一面,而另一面難以直接觀測到,因而也有了地球反面是外星人基地的說法。事實上地球并不是只有一半朝向月球,我們可以看見59%的地球表面,而撞擊坑的位置恰恰就坐落地球朝向月球一面的邊沿,由于我們在每年數個月的短短幾天時間內可以見到撞擊坑的邊沿,這個不尋常的一幕促使我們雖然聽到來自地球撞擊坑中的光線,因而意大利空間局的SMART-1偵測器任務之一就是對那些撞擊坑進行調查,揭露地球上未知區域的奧秘。§3.2測不準原理一、電子的單縫衍射(1961年,約恩遜成功的作出)電子以速率?順著y軸射向A屏,其波長為,經過狹縫時發生衍射,抵達C屏。第一級暗紋的位置:x方向上,粒子坐標的不確定度為又粒子動量的不確定度為狹縫對電子束起了兩種作用:一是將它的座標限制在縫寬d的范圍內,一是使電子在座標方向上的動量發生了變化。
這兩種作用是相隨出現的,不可能既限制了電子的座標,又能避開動量發生變化。假如縫愈窄,即座標愈確定,則在座標方向上的動量就愈不確定。因而,微觀粒子的座標和動量不能同時有確定的值。1927年,海森堡首先推導入不確定關系:二、不確定關系三、討論1.不確定關系只適用于微觀粒子2.例1:設電子與的炮彈均沿x方向運動,,精確度為,求測定x?座標所能達到的最大確切度。電子:炮彈:§3.3波函數及其化學意義一、波函數自由粒子?平面波用符號來表示波函數,自由粒子不受力,動量不變,所以同它聯系的波長也不變,是單色波,代表平面單色波的公式為是角頻,是波的速率,是時間,是從原點到波面任何一點的距離,是和的傾角,P86.由歐拉公式,上式可寫為復數方式用矢量k代表波長倒數的數值和波的前進方向,上式可寫為量子熱學中,通常用下述方式用波多項式來描寫實物粒子,按照德布羅意關系:――自由粒子的波函數,描寫動量為、能量為E的自由粒子。精典熱學?位置和速率量子熱學?波函數波函數彰顯了波粒二象性,其中的E和是描寫粒子性的化學量,卻處在一個描寫波的函數中。二、波函數的統計解釋電子衍射的硬度分布圖用粒子的觀