Kab lus no hais txog lub zog quantization yog dab tsi thiab qhov tseem ceeb ntawm qhov tshwm sim no muaj rau kev tshawb fawb niaj hnub no. Cov keeb kwm ntawm kev tshawb pom ntawm qhov tsis sib xws ntawm lub zog tau muab, nrog rau thaj chaw ntawm kev siv cov quantization ntawm atoms.
End of Physics
Thaum kawg ntawm lub xyoo pua puv 19, cov kws tshawb fawb tau ntsib teeb meem: nyob rau theem ntawm kev txhim kho thev naus laus zis, txhua txoj cai ntawm physics tau tshawb pom, piav qhia thiab kawm. Cov tub ntxhais kawm uas muaj peev xwm tsim tau zoo hauv kev tshawb fawb ntawm ntuj tsim tsis tau qhia los ntawm cov kws qhia kom xaiv physics. Lawv ntseeg tias nws tsis muaj peev xwm ua kom muaj npe nrov hauv nws, tsuas yog ua haujlwm niaj hnub los kawm cov ntsiab lus me me. Qhov no tau tsim nyog rau tus neeg mob siab, ntau dua li tus neeg muaj txiaj ntsig. Txawm li cas los xij, daim duab, uas yog ntau qhov kev lom zem nrhiav pom, muab laj thawj xav. Nws tag nrho pib nrog yooj yim inconsistencies. Yuav pib nrog, nws tau muab tawm tias lub teeb tsis tas tas li: nyob rau hauv qee qhov xwm txheej, hlawv hydrogen tshuav ib cov kab ntawm cov duab thaij duab tsis yog ib qho chaw. Tsis tas li ntawd nws tau muab tawm tias spectra ntawm helium muajcov kab ntau tshaj qhov spectra ntawm hydrogen. Tom qab ntawd nws tau pom tias txoj kev ntawm qee lub hnub qub txawv ntawm lwm tus. Thiab kev xav paub dawb huv yuam cov kws tshawb fawb los ua ib qho kev paub dhau los hauv kev tshawb nrhiav cov lus teb rau cov lus nug. Lawv tsis xav txog kev lag luam daim ntawv thov ntawm lawv qhov kev tshawb pom.
Planck thiab quantum
Zoo zoo rau peb, qhov kev ua tiav hauv physics no tau nrog rau kev txhim kho lej. Vim hais tias qhov kev piav qhia ntawm qhov tshwm sim haum rau hauv cov qauv tsis txaus ntseeg. Xyoo 1900, Max Planck, ua haujlwm ntawm txoj kev xav ntawm lub cev dub hluav taws xob, pom tias lub zog yog quantized. Qhia luv luv lub ntsiab lus ntawm nqe lus no yooj yim heev. Txhua lub ntsiab lus tseem ceeb tsuas yog nyob hauv qee lub xeev. Yog tias peb muab tus qauv ntxhib, ces lub txee ntawm cov xeev tuaj yeem qhia cov lej 1, 3, 8, 13, 29, 138. Thiab tag nrho lwm cov txiaj ntsig ntawm lawv tsis tuaj yeem nkag mus. Peb yuav nthuav qhia cov laj thawj rau qhov no me ntsis tom qab. Txawm li cas los xij, yog tias koj delve rau hauv keeb kwm ntawm qhov kev tshawb pom no, nws tsim nyog sau cia tias tus kws tshawb fawb nws tus kheej, txog thaum kawg ntawm nws lub neej, suav hais tias lub zog quantization tsuas yog ib qho yooj yim ua lej, tsis muaj lub ntsiab lus tseem ceeb ntawm lub cev.
Wave and Mass
Thaum pib ntawm lub xyoo pua nees nkaum yog tag nrho ntawm kev tshawb pom ntsig txog lub ntiaj teb ntawm theem pib. Tab sis qhov paub tsis meej loj yog qhov tsis sib xws hauv qab no: qee zaum, cov khoom coj zoo li cov khoom nrog cov khoom loj (thiab, raws li, lub zog), thiab qee zaum, zoo li nthwv dej. Tom qab kev sib cav ntev thiab tawv ncauj, kuv yuav tsum tuaj rau qhov xaus zoo kawg: electrons, protons thiabneutrons muaj cov khoom no tib lub sijhawm. Qhov tshwm sim no hu ua corpuscular-yoj dualism (hauv kev hais lus ntawm cov kws tshawb fawb Lavxias ob puas xyoo dhau los, ib qho khoom hu ua corpuscle). Yog li, ib qho hluav taws xob yog ib qho loj, zoo li yog smeared rau hauv nthwv dej ntawm qee zaus. Ib tug electron uas revolves nyob ib ncig ntawm lub nucleus ntawm ib tug atom endlessly superimposes nws nthwv dej ntawm ib sab. Yog li ntawd, tsuas yog nyob rau qee qhov kev ncua deb ntawm qhov chaw (uas nyob ntawm lub wavelength) cov hluav taws xob nthwv dej, tig, tsis txhob tso tseg ib leeg. Qhov no tshwm sim thaum, thaum lub "lub taub hau" ntawm yoj electron yog superimposed ntawm nws "tail", lub maxima coincide nrog lub maxima, thiab lub minima coincide nrog lub minima. Qhov no piav qhia txog qhov kev txiav txim siab ntawm lub zog ntawm ib lub atom, uas yog, muaj cov kev txwv nruj me ntsis hauv nws, uas ib qho hluav taws xob tuaj yeem muaj nyob.
Sphereical nanohorse hauv lub tshuab nqus tsev
Txawm li cas los xij, cov tshuab tiag tiag yog qhov nyuaj kawg. Ua raws li cov lus piav qhia saum toj no, ib tus neeg tseem tuaj yeem nkag siab txog qhov system ntawm orbits ntawm electrons hauv hydrogen thiab helium. Txawm li cas los xij, cov kev suav ntxiv nyuaj yog twb xav tau. Yuav kom kawm paub yuav ua li cas nkag siab lawv, cov tub ntxhais kawm niaj hnub no kawm txog qhov muaj pes tsawg leeg ntawm lub zog particle hauv lub peev xwm zoo. Yuav pib nrog, qhov zoo tshaj plaws zoo li tus thiab ib qho qauv electron raug xaiv. Rau lawv, lawv daws qhov sib npaug Schrödinger, nrhiav cov qib zog ntawm cov hluav taws xob tuaj yeem ua tau. Tom qab ntawd, lawv kawm nrhiav kev vam khom los ntawm kev qhia ntau thiab ntau qhov sib txawv: qhov dav thiab qhov tob ntawm lub qhov dej, lub zog thiab zaus ntawm cov hluav taws xob poob lawv qhov tseeb, ntxiv qhov nyuaj rau qhov sib npaug. Ntxiv musCov duab ntawm lub qhov hloov pauv (piv txwv li, nws dhau los ua square lossis jagged hauv profile, nws cov npoo poob lawv cov symmetry), hypothetical elementary hais nrog cov yam ntxwv tshwj xeeb raug coj mus. Thiab tsuas yog tom qab ntawd lawv puas kawm los daws cov teeb meem uas cuam tshuam txog kev suav ntawm cov hluav taws xob hluav taws xob ntawm cov atoms tiag tiag thiab cov tshuab ua haujlwm ntau dua.
Momentum, angular momentum
Txawm li cas los xij, lub zog theem ntawm, hais tias, ib qho hluav taws xob yog qhov nkag siab ntau dua lossis tsawg dua. Ib txoj hauv kev los yog lwm qhov, txhua tus xav txog tias lub zog siab dua ntawm cov roj teeb cua sov hauv nruab nrab sib haum mus rau qhov kub siab dua hauv chav tsev. Yog li ntawd, lub quantization ntawm lub zog tseem yuav xav txog speculatively. Kuj tseem muaj cov ntsiab lus hauv physics uas nyuaj rau kev nkag siab intuitively. Hauv macrocosm, lub zog yog qhov khoom ntawm qhov nrawm thiab qhov hnyav (tsis txhob hnov qab tias qhov nrawm, zoo li lub zog, yog vector kom muaj nuj nqis, uas yog, nws nyob ntawm kev taw qhia). Nws yog ua tsaug rau lub zog uas nws tau pom tseeb tias lub pob zeb me me uas maj mam ya mus rau nruab nrab tsuas yog tawm ntawm qhov nqaij tawv yog tias nws tsoo ib tus neeg, thaum lub mos txwv me me raug rho tawm ntawm qhov nrawm nrawm yuav tho lub cev mus thiab dhau. Nyob rau hauv lub microcosm, lub zog yog xws li ib tug kom muaj nuj nqis uas characterizes kev twb kev txuas ntawm ib tug hais nrog ib puag ncig qhov chaw, raws li zoo raws li nws muaj peev xwm txav thiab cuam tshuam nrog lwm yam hais. Qhov kawg ncaj qha nyob ntawm lub zog. Yog li, nws tau pom tseeb tias qhov ntau ntawm lub zog thiab lub zog ntawm cov khoom yuav tsum sib cuam tshuam. Ntxiv mus, qhov tas li h, uas qhia txog qhov tsawg tshaj plaws ntawm qhov tshwm sim ntawm lub cev thiab qhia qhov tsis sib xws ntawm qhov ntau, suav nrog hauv cov qauv thiablub zog thiab lub zog ntawm cov khoom hauv nanoworld. Tab sis muaj ib lub tswv yim txawm ntau nyob deb ntawm intuitive paub - lub sij hawm ntawm impulse. Nws yog hais txog rotating lub cev thiab qhia tias loj npaum li cas thiab nrog dab tsi angular tshaj tawm rotates. Nco qab tias lub angular tshaj tawm qhia qhov kev sib hloov ntawm ib lub sijhawm. Lub angular momentum tseem muaj peev xwm qhia tau txoj kev cov khoom ntawm lub cev rotating yog faib: cov khoom uas muaj tib lub loj, tab sis concentrated nyob ze ntawm lub axis ntawm kev sib hloov los yog nyob rau hauv periphery, yuav muaj ib tug txawv angular momentum. Raws li tus nyeem ntawv tej zaum twb twv, nyob rau hauv lub ntiaj teb no ntawm lub atom, lub zog ntawm lub angular momentum yog quantized.
Quantum thiab laser
Kev cuam tshuam ntawm kev tshawb pom ntawm qhov tsis sib xws ntawm lub zog thiab lwm qhov ntau yog pom tseeb. Kev kawm ntxaws ntxaws ntawm lub ntiaj teb tsuas yog ua tau ua tsaug rau quantum. Cov txheej txheem niaj hnub ntawm kev kawm txog teeb meem, kev siv ntau yam ntaub ntawv, thiab txawm tias kev tshawb fawb ntawm lawv cov kev tsim yog ib qho kev txuas ntxiv ntawm kev nkag siab tias lub zog quantization yog dab tsi. Lub hauv paus ntsiab lus ntawm kev ua haujlwm thiab kev siv lub laser yog tsis muaj kev zam. Nyob rau hauv dav dav, lub laser muaj peb lub ntsiab tseem ceeb: cov dej ua hauj lwm, twj tso kua mis thiab reflecting daim iav. Cov kua dej ua haujlwm raug xaiv raws li txoj hauv kev uas ob qib sib ze rau cov hluav taws xob muaj nyob hauv nws. Cov qauv tseem ceeb tshaj plaws rau cov qib no yog lub neej ntawm electrons ntawm lawv. Ntawd yog, ntev npaum li cas cov hluav taws xob muaj peev xwm tuav tau hauv ib lub xeev ua ntej tsiv mus rau qhov chaw qis dua thiab ruaj khov dua. Ntawm ob theem, lub sab sauv yuav tsum nyob ntev dua. Tom qab ntawd cov twj tso kua mis (feem ntau nrog lub teeb pom kev zoo, qee zaum nrog lub teeb infrared) muab cov electronstxaus lub zog rau lawv tag nrho los sib sau ua ke nyob rau hauv lub sab saum toj theem ntawm lub zog thiab tsub kom muaj. Qhov no hu ua inverse level population. Tsis tas li ntawd, qee qhov hluav taws xob nkag mus rau hauv lub xeev qis dua thiab ruaj khov nrog cov emission ntawm photon, uas ua rau tag nrho cov electrons poob qis. Lub peculiarity ntawm cov txheej txheem no yog tias tag nrho cov tshwm sim photons muaj tib lub wavelength thiab yog coherent. Txawm li cas los xij, lub cev ua haujlwm, raws li txoj cai, yog qhov loj heev, thiab cov dej ntws tau tsim nyob rau hauv nws, qhia nyob rau hauv ntau cov lus qhia. Lub luag haujlwm ntawm daim iav tsom iav yog lim tawm tsuas yog cov kwj photon uas tau coj mus rau hauv ib qho kev coj. Raws li qhov tshwm sim, cov zis yog ib qho nqaim hnyav ntawm coherent nthwv dej ntawm tib lub wavelength. Thaum xub thawj, qhov no tau suav hais tias ua tau tsuas yog hauv lub xeev khov kho. Thawj lub laser muaj ib qho khoom siv ruby ua haujlwm nruab nrab. Tam sim no muaj lasers ntawm txhua yam thiab hom - ntawm cov kua, gases, thiab txawm nyob rau hauv cov tshuaj tiv thaiv. Raws li tus nyeem pom, lub luag haujlwm tseem ceeb hauv cov txheej txheem no yog ua los ntawm kev nqus thiab emission ntawm lub teeb los ntawm lub atom. Nyob rau hauv cov ntaub ntawv no, lub zog quantization tsuas yog lub hauv paus rau piav txog txoj kev xav.
Lub teeb thiab hluav taws xob
Nco ntsoov tias kev hloov pauv ntawm ib qho hluav taws xob hauv lub atom ntawm ib lub orbit mus rau lwm qhov yog nrog los ntawm emission los yog nqus ntawm lub zog. Lub zog no tshwm sim nyob rau hauv daim ntawv ntawm ib tug quantum ntawm lub teeb los yog ib tug photon. Raws li txoj cai, photon yog ib qho me me, tab sis nws txawv ntawm lwm cov neeg nyob hauv nanoworld. Lub photon tsis muaj huab hwm coj, tab sis nws muaj lub zog. Qhov no tau ua pov thawj los ntawm Lavxias tus kws tshawb fawb Lebedev hauv xyoo 1899, qhia meej meej txog lub siab ntawm lub teeb. Lub photon tsuas muaj nyob rau hauv kev txav thiab nws ceevsib npaug ntawm qhov ceev ntawm lub teeb. Nws yog qhov khoom sai tshaj plaws hauv peb lub ntiaj teb. Qhov ceev ntawm lub teeb (tus qauv qhia los ntawm Latin me me "c") yog li peb puas txhiab kilometers ib ob. Piv txwv li, qhov loj ntawm peb lub galaxy (tsis yog qhov loj tshaj plaws nyob rau hauv qhov chaw) yog hais txog ib puas txhiab lub teeb xyoo. Sib tsoo nrog cov teeb meem, lub photon muab nws lub zog tag nrho, zoo li dissolving nyob rau hauv cov ntaub ntawv no. Lub zog ntawm photon uas tso tawm los yog nqus tau thaum lub electron txav ntawm ib lub orbit mus rau lwm qhov nyob ntawm qhov kev ncua deb ntawm lub orbits. Yog tias nws me me, cov hluav taws xob infrared nrog lub zog qis yog tawm, yog tias nws loj, ultraviolet tau txais.
X-ray thiab gamma hluav taws xob
Cov nplai hluav taws xob tom qab ultraviolet muaj X-ray thiab gamma hluav taws xob. Feem ntau, lawv sib tshooj nyob rau hauv wavelength, zaus thiab lub zog nyob rau hauv ib tug ncaj ntau yam. Ntawd yog, muaj X-ray photon nrog lub wavelength ntawm 5 picometers thiab gamma photon nrog tib lub wavelength. Lawv txawv ntawm qhov lawv tau txais xwb. X-rays tshwm sim nyob rau hauv lub xub ntiag ntawm ceev heev electrons, thiab gamma hluav taws xob tsuas yog tau nyob rau hauv cov txheej txheem ntawm lwj thiab fusion ntawm atomic nuclei. X-ray tau muab faib ua cov mos mos (siv nws los qhia los ntawm lub ntsws thiab cov pob txha ntawm tus neeg) thiab tawv (feem ntau xav tau tsuas yog rau kev lag luam lossis kev tshawb fawb). Yog tias koj ua kom cov hluav taws xob nrawm heev, thiab tom qab ntawd decelerate nws sharply (piv txwv li, los ntawm kev coj nws mus rau hauv lub cev muaj zog), ces nws yuav emit X-ray photons. Thaum cov electrons sib tsoo nrog cov teeb meem, lub hom phiaj atoms tawg tawmelectrons los ntawm qis qis. Nyob rau hauv rooj plaub no, cov electrons ntawm lub plhaub sab sauv coj lawv qhov chaw, kuj emitting X-rays thaum lub sij hawm hloov.
Gamma quanta tshwm sim hauv lwm qhov xwm txheej. Lub nuclei ntawm atoms, txawm hais tias lawv muaj ntau lub hauv paus ntsiab lus, kuj tseem me me, uas txhais tau hais tias lawv muaj lub zog quantization. Kev hloov pauv ntawm nuclei los ntawm lub xeev zoo siab mus rau lub xeev qis dua yog qhov tseeb nrog cov emission ntawm gamma rays. Ib qho kev cuam tshuam ntawm kev lwj lossis fusion ntawm nuclei tshwm sim, nrog rau cov tsos ntawm gamma photons.
Nuclear reaction
Ib me ntsis siab dua peb hais tias atomic nuclei kuj ua raws li txoj cai ntawm lub ntiaj teb quantum. Tab sis muaj cov khoom nyob rau hauv cov xwm nrog xws li loj nuclei uas lawv ua tsis ruaj tsis khov. Lawv zoo li tawg mus rau hauv cov khoom me me thiab ruaj khov dua. Cov no, raws li tus nyeem ntawv tej zaum twb tau twv, suav nrog, piv txwv li, plutonium thiab uranium. Thaum peb ntiaj chaw tsim los ntawm ib tug protoplanetary disk, nws muaj ib tug npaum li cas ntawm radioactive tshuaj nyob rau hauv nws. Thaum lub sij hawm, lawv lwj, tig mus rau lwm yam tshuaj. Txawm li cas los xij, tseem muaj qee yam ntawm cov uranium uas tsis tau ploj mus txog niaj hnub no, thiab los ntawm nws tus lej tuaj yeem txiav txim siab, piv txwv li, hnub nyoog ntawm lub ntiaj teb. Rau cov khoom siv tshuaj lom neeg uas muaj cov khoom siv hluav taws xob ntuj, muaj cov yam ntxwv zoo li ib nrab-lub neej. Qhov no yog lub sij hawm ntawm lub sij hawm uas tus naj npawb ntawm cov atoms tseem tshuav ntawm hom no yuav raug halved. Ib nrab-lub neej ntawm plutonium, piv txwv li, tshwm sim hauv nees nkaum plaub txhiab xyoo. Txawm li cas los xij, ntxiv rau cov xov tooj cua ntuj, kuj tseem raug yuam. Thaum bombarded nrog hnyav alpha hais los yog lub teeb neutrons, lub nuclei ntawm atoms tawg. Hauv qhov no, peb hom hluav taws xob ionizing yog qhov txawv: alpha hais, beta hais, gamma rays. Beta lwj ua rau cov nqi hluav taws xob hloov pauv los ntawm ib qho. Alpha hais coj ob positrons los ntawm lub nucleus. Gamma hluav taws xob tsis muaj nqi thiab tsis yog deflected los ntawm electromagnetic teb, tab sis nws muaj lub zog nkag siab tshaj plaws. Lub zog quantization tshwm sim nyob rau hauv txhua rooj plaub ntawm nuclear lwj.
Tsov Rog thiab Kev Thaj Yeeb
Lasers, x-rays, kawm txog cov khib nyiab thiab cov hnub qub - tag nrho cov no yog kev thaj yeeb nyab xeeb ntawm kev paub txog quanta. Txawm li cas los xij, peb lub ntiaj teb muaj kev hem thawj, thiab txhua tus nrhiav kev tiv thaiv lawv tus kheej. Kev tshawb fawb pab ua tub rog thiab. Txawm hais tias xws li qhov tseeb theoretical phenomenon raws li quantization ntawm lub zog tau muab tso rau hauv lub ntiaj teb no. Lub ntsiab txhais ntawm discreteness ntawm tej hluav taws xob, piv txwv li, tsim lub hauv paus ntawm nuclear riam phom. Tau kawg, tsuas muaj qee qhov ntawm nws daim ntawv thov kev sib ntaus sib tua - tus nyeem ntawv tej zaum yuav nco txog Hiroshima thiab Nagasaki. Tag nrho lwm cov laj thawj los nias lub khawm liab uas xav tau ntau dua lossis tsawg dua kev thaj yeeb. Tsis tas li ntawd, yeej ib txwm muaj cov lus nug ntawm radioactive contamination ntawm ib puag ncig. Piv txwv li, ib nrab-lub neej ntawm plutonium, uas tau hais los saum no, ua rau cov toj roob hauv pes uas lub caij no nkag mus siv tsis tau ntev heev, yuav luag ib lub sijhawm geological.
Nyob zoo ib tsoom niam txiv kwv tij neej tsas sawv daws.
Cia peb rov qab mus rau kev thaj yeeb nyab xeeb ntawm kev siv cov tshuaj tiv thaiv nuclear. Peb tab tom tham, tau kawg, txog kev tsim hluav taws xob los ntawm nuclear fission. Cov txheej txheem zoo li no:
Nyob hauv qhov tseem ceebNyob rau hauv lub reactor, dawb neutrons tshwm sim thawj zaug, thiab tom qab ntawd lawv tsoo lub xov tooj cua (feem ntau yog ib qho isotope ntawm uranium), uas dhau mus rau alpha lossis beta lwj.
Txhawm rau tiv thaiv cov tshuaj tiv thaiv no los ntawm kev nkag mus rau theem tsis muaj kev tswj hwm, cov tub ntxhais reactor muaj cov hu ua tus neeg nruab nrab. Raws li txoj cai, cov no yog graphite rods, uas nqus neutrons zoo heev. Los ntawm kev kho lawv qhov ntev, koj tuaj yeem saib xyuas tus nqi tshuaj tiv thaiv.
Vim li ntawd, ib lub caij hloov mus rau lwm qhov, thiab lub zog tsis txaus ntseeg tau tso tawm. Lub zog no yog absorbed los ntawm ib lub thawv ntim nrog cov dej hnyav (tsis yog hydrogen hauv deuterium molecules). Raws li qhov tshwm sim ntawm kev sib cuag nrog cov tub ntxhais reactor, cov dej no hnyav heev nrog cov khoom siv hluav taws xob tawg. Nws yog qhov pov tseg ntawm cov dej no uas yog qhov teeb meem loj tshaj plaws ntawm lub zog nuclear tam sim no.
Qhov thib ob yog muab tso rau hauv thawj lub voj voog dej, qhov thib peb muab tso rau hauv qhov thib ob. Cov dej ntawm lub voj voog thib peb twb muaj kev nyab xeeb rau kev siv, thiab nws yog tus uas tig lub turbine, uas tsim hluav taws xob.
Txawm hais tias muaj coob tus neeg nruab nrab ntawm cov cores ncaj qha thiab cov neeg siv khoom kawg (cia peb tsis txhob hnov qab txog kaum mais ntawm cov xov hlau uas tseem poob lub zog), cov tshuaj tiv thaiv no muab lub zog zoo kawg. Piv txwv li, ib lub tuam txhab hluav taws xob nuclear tuaj yeem muab hluav taws xob rau tag nrho cheeb tsam nrog ntau qhov kev lag luam.
