振金是什么金属( 二 )


频率低到一定程度,发出来的光肉眼就看不到了,称为红外线,频率高到一定程度,发出来的光肉眼也看不到了,称为紫外线 。而只有在一定频率内的光,肉眼才会看到,称为可见光,也就是三棱镜折射出来的七色光 。其实不同物质发出的光的频率是不同的,所以我们会看到五彩缤纷的世界,不同物质发出不同频率的光的特性在天文学上有一个非常重要的应用,就是分析亿万光年外天体的大气成分 。由于不同物质(包括各种气体)会发出不同频率的光,所以氢气、氦气、氧气、氮气发出的光的频率是不同的,只要分析接收到的光谱,就可以很容易得知是什么物质发出来的光,从而得知这个天体的气体成分 。
通过光学的基础知识,只能得出光的颜色和频率的关系 。但问题又来了,为什么不同物质可以发出不同频率的光呢?为什么在火把面前会感受到它的温度呢? 不管是初等化学,还是初等物理,都会讲到物质的最小单元是原子,原子由原子核和围绕在原子核周围的电子组成 。原子核带正电、电子带负电,正负抵消,所以物质才不带电 。其实这只是表象而已 。
对于刚开始接触物理和化学的学生,老师只会给他们讲这个,因为更高深的理论可能老师也不太清楚 。然而,在1925年,著名物理学家海森堡就已经给出了答案:电子并不总是存在,而只在原子相互作用下才存在的 。在1925年的一个晚上,海森堡一个人在大街上一边散步,一边思考高深的物理问题(也就是本文要涉及的量子理论),在1925年,可不像现在半夜12点还灯火通明,到了晚上,基本就是漆黑一片,只有零星的路灯,周围的环境只比绝对漆黑亮一点 。海森堡突然看到前方一个人在走路,由于路灯的作用,那个人走到的路灯下,会清楚地看到那个人,当走到黑暗的地方,那个人就会消失,于是海森堡灵光乍现,意识到那个人并不是真的显现或消失,只是在路灯和黑暗的作用下才会若隐若现,于是迅速回到办公室,经过复杂的数学计算,得到了我们前面给出的结论:电子并不总是存在,而只在原子相互作用下才存在 。
那么这个结论是什么意思呢?基本的意思就是电子和科幻电影一样,为了解释物质是中性的而虚构出来的,那么物质确实是中性的,这又怎么解释呢?其实解释只有一个,电子确实存在,但并不像我们想象的那样,将原子核比作恒星,电子比作若干个行星,围绕着原子核恒星旋转,其实这完全是错误的理解 。这只是用宏观世界的展现形式来理解微观世界,量子世界与宏观世界完全是两回事(看过《蚁人》的同学应该很清楚) 。确实有一股能量将原子核的能量抵消掉了,这是一堆能量包,或者称为量子的集合(带有能量的粒子),现在的问题是,这些能量包是如何产生的呢?这就要看海森堡的下半句话了:而只在原子相互作用下才存在 。
这里的原子相互作用是指原子之间的相互碰撞 。碰撞就会产生能量,这些能量就是我们所说的电子,也就是说,电子本质上是经过原子(其实就是原子核)之间不断碰撞而产生的能量包 。而不是大多数人认为的像玻璃球一样真实存在的带有维度的小颗粒 。
这里还有一个隐含的意思,就是为了产生大量的能量包(电子),组成物质的原子必须不断地运动,也就是说,地球上存在的所有物质中的原子都不是静止的,而是不断运动,相互碰撞的 。当原子之间碰撞产生能量包后,能量包(也可以成为量子)会沿着不同轨道运动,不过根据量子含有的能量大小不同,这些量子会突然跳到另外的轨道,在物理学上称为“量子跃迁”,量子跃迁可能会很多次,在一定时间内,量子跃迁的次数称为量子跃迁的频率 。某种物质的原子的量子跃迁频率是固定的,而原子之间的碰撞会不断进行,所以量子也会不断产生,就会有很多量子脱离原子,以电磁波形式向外传播,这就是为什么我们会感觉到火把、太阳光的温度,因为我们被脱离原子的量子击中 。那么每一个量子到底带多少能量呢?我们都知道爱因斯坦的能量公式:E = mc^2 。
但在量子物理学中还有另外一个用于计算量子包含能量的公式:E = kv 。其中k是普朗克常数,而v是一个变量,表示量子跃迁的频率,从光学角度看,就相当于光波的频率 。这里的光波本质上就是量子以电磁波形式传播,所以光本身拥有波粒二象性 。
也就是说,既可以用波的理论解释,也可以用粒子理论解释 。根据这个公式,很显然,量子跃迁的频率越高,包含的能量越大,从宏观表现看就是我们的皮肤感觉到越热 。由于量子跃迁的宏观表现就是光的频率,量子跃迁频率越高,光的频率越高,也就是光的颜色越偏蓝色,这样我们就会感觉到越热 。所以温度的高低不是由总能量决定的,而是由光的频率(量子跃迁频率)决定的,这也是为什么高温的火焰都是呈现蓝色的原因 。