揭秘量子力學理論,看完真是漲知識了!

2020-12-13 熙巖知識百科

量子力學理論並不是來自於一個瘋狂的想法,而是來源於電燈泡。

19世紀90年代,德國標準局問馬克思普朗克,怎麼做才能更高效的令燈泡在消耗最少的電能情況下發出最亮的光,普朗克首先需要知道一根熱燈絲能發出多少光,他知道光是由電磁波組成的,而且不同頻率的電磁波產生不同顏色的光,問題是如何發出更多的可見光,而不是紫外線和紅外線。

他嘗試去測量一個發熱的物體發出各頻段光的多少,但是他的實驗結果和基於電磁學的預測不符,在之後他的"絕望之舉"中他拋棄了現有的理論,並回歸於測得的實驗數據。這些數據使他發現了物理學的新大陸,也就是不同波長的光會攜帶不同單位的能量,高頻光攜帶較高單位的能量,而低頻光攜帶較少單位的能量,光是一份一份的。

然而"量子"的想法在當時看來很瘋狂,但愛因斯坦很快發現這與類似問題的關聯,即:共享。如果你想逗樂熊孩子就給他一塊餅乾,但是如果有兩個熊孩子而你卻只有一塊餅乾你就只能把餅乾掰一半分給他們,但是如果有四個、八個、十六個或成千上萬個熊孩子你就沒辦法讓他們都滿足於你手裡的一塊餅乾。

事實上,如果一間房子裡裝了無數個熊孩子,但卻沒有無數個餅乾,你把餅乾都均勻掰碎,使得每個小孩都能吃到一點餅乾末,沒有人會開心,他們還是會吃完你所有的餅乾。但是光和熊孩子不同,一間房子裡不可能有無數個熊孩子,但光有各種波長,可以有任意小波長的光,所以一間房裡可以有無數束光,這些光波會吃掉所有的餅乾。而我是說能量,事實上這些極小的光波能無限吸收能量,它們能吸收屋子裡的所有熱能並能瞬間凍結杯裡的茶或太陽甚至一個超新星。

幸好我們的宇宙不是這麼玩的,就像普朗克猜測的那樣,那種波長極小的高頻光只能攜帶一定的能量,他們就像挑剔的小孩,只要37塊餅乾或162,000塊餅乾,不能多也不能少,因為他們太挑剔。高頻波會失去很多能量,這些失去的能量大部分會轉移到低頻光那裡,它們所攜帶的平均能量就是我們所說的"溫度",所以高溫的意思就是說平均能量高。

根據普朗克的規則,高溫就有更高頻的光放出,這就是為什麼一個物體越來越熱時按照紅外-紅-黃-白-藍-紫-紫外的順序發光。此外普朗克的量子力學理論告訴我們電燈泡的燈絲應被加熱至大約3200K以保證大部分能量都以可見光的形式發出,再加熱我們就沐浴在紫外線下了。事實上量子力學在電燈泡和日光床之前就已經建立了,人類百萬年前就發明了火而火焰正是量子力學發出的光。(版權申明:圖片均來自於網絡,如有侵權,請聯繫刪除)

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