原子げんし分子ぶんしあずか光物ひかりもの理学りがく

本页使用了标题或全文手工转换
维基百科ひゃっか自由じゆうてき百科ひゃっかぜん

原子げんし分子ぶんしあずか光物ひかりもの理學りがく研究けんきゅうぶつ质之间,あるひかりあずかもの质的相互そうご作用さよう[1], 其研究けんきゅう尺度しゃくどやくいちいたりすう原子げんしのうりょう尺度しゃくどやくいく電子でんしふくとく[2][3][4] 这三个物理学的领域研究通常是紧密关联的。 原子げんし分子ぶんしあずか光物ひかりもの理學りがく使用しよう经典物理ぶつりがくはん经典物理ぶつりがくあずか量子りょうし物理ぶつりがくてき研究けんきゅう方法ほうほう通常つうじょう情況じょうきょう,此理ろんてき應用おうよう包含ほうがん原子げんし发射ある吸收きゅうしゅう光子こうしげき发态原子はらこかず分子ぶんしてき电磁辐射ひかり分析ぶんせきげきこうげきほろなみてき产生,以及对物质光がくせい质的研究けんきゅう

歷史れきし[编辑]

玻爾模型もけいなかてき原子げんし

18世紀せいきみちみみ提出ていしゅつ原子げんし理論りろんみとめため一切いっさい物質ぶっしつよし不可ふか分割ぶんかつてき原子げんし組成そせい,也就ゆかり化學かがく元素げんそ組成そせい當時とうじ們雖しか不知ふちどう原子げんし什麼いんもただし依據いきょ它們てき性質せいしつぶん門別もんべつるい,19世紀せいきちゅう晚期ばんきゆかりやく翰·ひもらんもんとくれつおっと根據こんきょ們的性質せいしつせいなり元素げんそ周期しゅうきひょう[5]

19世紀せいき許多きょた科學かがく菲涅みみおっとろうひとしためし解釋かいしゃくひかりせんてき現象げんしょう使つかいとく光物ひかりもの理學りがくかず原子げんし物理ぶつり結合けつごうざい一起かずき[6]

いたりょう19世紀せいきまつ許多きょた物理ぶつりがく提出ていしゅつ解釋かいしゃくくろたい輻射ふくしゃあずか原子はらこひかりてき理論りろん,其中さい有名ゆうめいてきなみみみ解釋かいしゃく原子げんしひかりてき玻耳模型もけい[5]

ただしこれ玻耳模型もけいてき適用てきよう範圍はんい較窄,無法むほう解釋かいしゃくひかりでんこうおうかんひろしとみこうおうかず太陽光たいようこうせんてき缺陷けっかんとう最終さいしゅうさんせいぜんしんてき物理ぶつり理論りろん量子力學りょうしりきがく[7]

もの质的经典谐振子ふりこ模型もけい[编辑]

早期そうき许多尝试かいおりしゃりつてき模型もけい认为原子げんしけい统中てき电子以用罗·とく鲁德とおるとくさとかつ·らく伦兹てき经典论来かい释。 提出ていしゅつてき论尝试给出物でもの质的おりしゃりつ赖于光波こうは长的かい释。 ざい这个模型もけいちゅう入射にゅうしゃてき电磁使つかいとくたば缚与原子げんしてき电子谐振,该振はば决于入射にゅうしゃこうてき频率かず振子ふりこてきほんせい频率。 らい于很振子ふりこてき出射しゅっしゃ光波こうはてき线性叠加はた使つかいとく光波こうは速度そくど变慢。 [8]:4–8

早期そうきてきぶつ质与こうてき量子りょうし模型もけい[编辑]

1900ねん马克斯·ろうかつ提出ていしゅつりょう一个公式描述空腔中达到平衡へいこうじょう态下电磁场まとせい质的公式こうしき[8]:8–9 てき模型もけいこう虑了驻波てき线性叠加。ざいいち维状态下,かり设空腔长么只ゆう波数はすう

これせい整数せいすうてき正弦せいげん存在そんざい于空腔中。 这个かたほどしょ描述てき驻波表示ひょうじ

其中E0これ电场てき振幅しんぷく。 以此さく为基础,就可以推导出ひろしろうかつくろたい辐射定律ていりつ[8]:4–8,51–52

1911ねんおうない斯特·卢瑟ぶくもとαあるふぁ粒子りゅうし实验てき结果总结いた原子はらこ有一ゆういち个中心的しんてきてんじょうてき质子すえ库仑定律ていりつ,电子ざいしょう尺度しゃくどかい质子强烈きょうれつ吸引きゅういん,于是认为电子ざい绕着质子做圆しゅう运动。 1913ねんあま尔斯·玻尔结合りょう卢瑟ぶく模型もけいかずひろしろうかつてきりょう概念がいねん提出ていしゅつりょう玻尔模型もけい。 电子ただゆうざい特定とくていてき轨道ざい以稳てい存在そんざい,并且こうそと发光。 とう电子ざい轨道间跃迁时,电子以发ある吸收きゅうしゅうこうひかりてきなみ长取决于不同ふどう轨道间的のうりょうてきのう级理论预测的结果あずかとう时的实验结果吻合ふんごうてき很好。[8]:9–10

这些もと于驻てき分立ぶんりつのう级的结果,あずか连续てき经典谐振子ふりこ模型もけい不一致ふいっち[8]:8

おもね尔伯とく·爱因斯坦ざい1905ねんてきひかり电效应かい释中,提出ていしゅつりょう频率为てき光波こうは对应于能りょうてき光子こうし。 1917ねん爱因斯坦提出ていしゅつりょうさん原子げんし过程:受激辐射发辐しゃ吸收きゅうしゅう光子こうしらい扩充玻尔模型もけい[8]:11

原子はらこかず分子ぶんし物理ぶつりがく[编辑]

原子げんし物理ぶつりがく原子げんし分子ぶんしあずか光物ひかりもの理学りがくてきいち个领いき通常つうじょう研究けんきゅう原子核げんしかく电子组成てき孤立こりつけい统。あずか此相对应てき分子ぶんし物理ぶつりがく通常つうじょう研究けんきゅう分子ぶんしてき物理ぶつりせい质,れい如多个原子げんし构成分子ぶんしてき过程。 原子げんし物理ぶつり通常つうじょう认为あずかかく动力あるかく武器ぶきゆう关,这是对两个近义词“原子げんしてき”(atomic)かず原子核げんしかくてき”(nuclear)てき概念がいねん混淆こんこうしょ致。 しか而,对物理学りがく而言,ざい原子げんし物理ぶつりてき研究けんきゅうちゅう——はた原子げんしさく为一个整体系统包括原子核与其核外电子;而在かく物理ぶつりてき研究けんきゅうちゅう——通常つうじょうただこう原子核げんしかく及核てきえんじ变。 原子はらこかず分子ぶんし物理ぶつりがくてき重要じゅうよう实验方法ほうほう通常つうじょう包括ほうかつ不同ふどう形式けいしきてきひかり谱学分子ぶんし物理ぶつり通常つうじょうあずか论化がく物理ぶつり化学かがく化学かがく物理ぶつりてき研究けんきゅう方向ほうこうゆう交叠。 [9]

这两个领いき主要しゅよう关注てき内容ないよう电子结构えいElectronic structureかず电子结构あらため变的动态过程。 一般来讲人们通常使用量子力学りょうしりきがくらい研究けんきゅう这些过程。ざい分子ぶんし物理ぶつりがくてき领域,这些方法ほうほう通常つうじょうしょう量子りょうし化学かがく分子ぶんし物理ぶつりがくちゅう一个很重要的方法是,はた原子げんし物理ぶつりがくちゅう原子げんし轨道延伸えんしん分子ぶんし轨道论。 [10] 分子ぶんし物理ぶつりがく通常つうじょう关注ぶん子中こなかてき原子げんし过程,どう时也关注不同ふどう分子ぶんし结构带来てきかげ响。 じょりょう原子げんしちゅう存在そんざい电子てきげき发态,分子ぶんし存在そんざい不同ふどうてき转动ある动激发态。 这些转动ある动过ほど也是量子りょうしてき,它们存在そんざい分立ぶんりつてきのう不同ふどうてき转动量子りょうし态中存在そんざいてき最小さいしょうてきのうりょうしょ对应てき谱线通常つうじょうざい红外区域くいき(だい约30-150ほろべい长),这也纯的分子ぶんし转动谱线てきとくせい,而振动谱线通常つうじょう处于きん红外区域くいき(约1-5ほろべい)。 这种こう谱特せい导致电子跃迁对应てき光子こうしのうりょう通常つうじょうざい见光むらさきがい区域くいきつう过测りょう分子ぶんしてき转动动光谱的特性とくせいわが们可以计算出さんしゅつぶん子中こなか原子核げんしかく间的距离。 [11]

あずか许多其他科学かがく领域类似,并没ゆう必要ひつよう严格てき区分くぶん这两个领いき通常つうじょうじん使用しよう原子げんし物理ぶつりがくらいゆびだい广义てき原子げんし分子ぶんしあずか光物ひかりもの理学りがく原子げんし分子ぶんしあずか光物ひかりもの理学りがく也被认为物理ぶつりがく众多研究けんきゅう领域てきいち大分おおいた类。

光物ひかりもの理學りがく[编辑]

光物ひかりもの理学りがく通常つうじょう研究けんきゅう电磁辐射てき产生,电磁辐射てきせい质,以及电磁辐射あずかもの质的相互そうご作用さようゆう其是对物质的みさおひかえ[12] 光物ひかりもの理学りがく不同ふどう光学こうがく光学こうがく工程こうていいん为它们研究けんきゅうてき侧重てん不同ふどうしか而它们之间的别也很大,いん为光物理ぶつりがくもと研究けんきゅうちゅうしょ使用しようてき实验仪器也常よう于应よう光学こうがく和光わこうがく工程こうてい也有やゆう一些人同时从事与光学的基础研究和应用技术的开发。 [13]

光物ひかりもの理学りがくてき研究けんきゅうしゃ使用しようあるもの开发しんてき光源こうげん使つかいとく们的光源こうげん以发电磁うえほろなみいたX线まとこう。 这个领域通常つうじょう包括ほうかつ产生さがせ测光,线性线性光学こうがくひかり谱学。对げきこうてき研究けんきゅうげきこうこう谱学てき也是光学こうがく物理ぶつりてきいち个重よう方向ほうこう光物ひかりもの理学りがくちゅう主要しゅようてき研究けんきゅう方向ほうこう量子りょうし光学こうがくあいせい,以及だか频激こう飞秒げきこう光物ひかりもの理学りがくてき研究けんきゅう对于其他研究けんきゅう领域也提供ていきょうりょう很好てき论和实验支持しじ,如孤立こりつ原子げんし对于ちょうたんてききょう电磁场的线性响应,原子はらこかず共振きょうしんざいきょう场下てき相互そうご作用さよう,以及电磁场的量子りょうしせい质。 [14]

光物ひかりもの理学りがくてき其他重要じゅうよう研究けんきゅう方向ほうこう包括ほうかつけん发新がた纳米尺度しゃくどてき光学こうがく观测わざ术,衍射光学こうがくていあいせい干涉かんしょうがく光学こうがくしょうだん层扫描,以及きん场显ほろ镜。 光物ひかりもの理学りがくてき研究けんきゅうてき重点じゅうてんざい于超かいちょうたんてき光学こうがく及相关技术。 光物ひかりもの理学りがくてき应用使とくつう医学いがくせいづくり娱乐业とうくだり业产せいりょう进步。 [15]

现代方法ほうほう[编辑]

现代量子力学りょうしりきがくてき产生もと于两套理论体けいてき提出ていしゅつ维尔纳·うみもりてきのり阵力がくほこり尔温·薛定谔てきなみ动力がく[8]:12

ざい原子げんし分子ぶんしあずか光物ひかりもの理学りがくちゅう存在そんざい这多种的はん经典方法ほうほう具体ぐたい使用しよう量子力学りょうしりきがく还是经典物理ぶつりてき方法ほうほう决于具体ぐたいてき问题。 原子げんし分子ぶんしあずか光物ひかりもの理学りがくちゅういん为近些年计算成本なりもとかず计算复杂てき大幅おおはば下降かこうはん经典てき处理方法ほうほう广泛よう于计さん物理ぶつりちゅう

とうもの质处于激こうてき作用さよう通常つうじょうじん们结あい使用しよう经典てき电磁场模がた完全かんぜん量子りょうしてき原子げんしある分子ぶんし模型もけい[8]:14 いん为使ようりょう经典てき电磁场模がたしょ以它不能ふのう处理发辐しゃ问题。[8]:16 はん经典方法ほうほう适用于多种系统[3]:997ゆう其是处于だか强度きょうどげきこうけい统。[3]:724 光物ひかりもの理学りがくかず量子りょうこ光学こうがくてき别在于前しゃ使用しようはん经典方法ほうほう,而后しゃ通常つうじょう使用しよう完全かんぜんてき量子力学りょうしりきがく方法ほうほう

とう使用しようはん经典方法ほうほう研究けんきゅう碰撞てき动力がく过程时,原子げんしある分子ぶんし内部ないぶてき自由じゆう通常つうじょうこう虑为量子りょうしどう量子りょうしけい统的しょう对移动被视为经典过程。[3]:556 とうこう虑中そくある高速こうそく碰撞时,使用しよう经典方法ほうほう处理原子核げんしかく,并用完全かんぜん量子力学りょうしりきがくてき方法ほうほう处理电子; しか而该近似きんじざい低速ていそく碰撞失效しっこう[3]

另一种半经典的研究电子动力学的方法是こうむとく卡罗方法ほうほう通常つうじょう以用完全かんぜんてき量子力学りょうしりきがく方法ほうほう算出さんしゅつ电子てきはつはじめ分布ぶんぷしかきさきよう完全かんぜんてき经典力学りきがく处理きさきてき电子运动过程。[3]:871

孤立こりつ原子げんし分子ぶんし[编辑]

原子げんし分子ぶんしあずか光物ひかりもの理学りがく通常つうじょう认为原子げんしある分子ぶんし处于孤立こりつじょう态。 原子げんし模型もけいただ包括ほうかついち原子核げんしかく,及其しゅう围环绕的一个或多个束缚态电子,而最简单てき分子ぶんし模型もけい通常つうじょう认为分子ぶんし分子ぶんし离子通常つうじょう研究けんきゅうてき过程包括ほうかつ电离光子こうし过程,以及光子こうしある原子げんし碰撞导致てきげき

とうわが们考虑的孤立こりつ原子げんしある分子ぶんし处于气态あるとう离子态时,如果分子ぶんし-分子ぶんし相互そうご作用さようてき时间尺度しゃくど远大于原子げんし-分子ぶんし过程,孤立こりつ原子げんしある分子ぶんし就是一个很好的近似模型。 わが们可以认为单个的分子ぶんしざいわが研究けんきゅうてき时间尺度しゃくど处于孤立こりつじょう态。 すえ这个かり设,原子げんし分子ぶんし物理ぶつりがく也可以作为とう离子たい物理ぶつりがくだい气物理学りがくてきもと础理论,そく使つかい它们研究けんきゅうてき大量たいりょうてき分子ぶんし

电子分布ぶんぷ[编辑]

かくがい电子形成けいせい概念がいねんじょうてき壳层结构,しか而实际上它们处于がいりつじょうてき电子うん分布ぶんぷ。 一个原子的最低能级称为もと,它可以通过吸收きゅうしゅう光子こうし,受到磁场作用さようある其他粒子りゅうしてき碰撞らい变成げき发态

とう电子处于壳层ない通常つうじょうしょうたば缚态はた该束缚态电子移出いしゅつ其壳层及原子核げんしかくてき吸引きゅういんいたり无穷远所需要じゅようてきのうりょうしょう结合のう。 如果电子吸收きゅうしゅうてきのうりょうちょう过结あいのうすえのうりょう守恒もりつね定律ていりつ,过剩てきのうりょう转化为电てき动能。 该过ほど通常つうじょうしょう电离过程。

如果电子吸收きゅうしゅうてきのうりょうしょう于结あいのう,它将跃迁到いちげき发态あるいちきょ拟态えいvirtual state。 经过あし够长时间きさき,一个激发态的电子通过发辐しゃ以跃迁到一个低能级态,ざい此过ほどちゅうけい统将释放いち个光すえのうりょう守恒もりつね定律ていりつ,该光子こうしてきのうりょうとう于两个原子げんしのう级的のうりょうしか而,如果原子げんしない层(inner shell)存在そんざいいち个空あな,并且げき发态てき电子以跃迁并填补该そらあな,该跃迁的のうりょう以转うつりいたり另外一个束缚态电子,并使其电离。 这就にわか歇效应ざい该跃迁过ほどちゅう并不かい产生光子こうし。 该效应使とく一个高能入射电子或光子(如X-线)以先电离一个内层电子产生空穴,しかきさき使だかのう级电むこう跃迁,并通过俄歇效应使とく另一个束缚态电子电离。 也就使とく一个入射粒子电离两个电子称为了可能。

よし吸收きゅうしゅう光子こうし导致てき电子跃迁存在そんざい严格てき选择ていしか而由电子导致てき跃迁通常つうじょう并没ゆう这种要求ようきゅう

あい关条[编辑]

参考さんこう文献ぶんけん[编辑]

  1. ^ 清華せいか大學だいがく物理ぶつりけい原子げんし分子ぶんしあずかひかり物理ぶつり. 清華せいか大學だいがく (北京ぺきん). 2016-03-06 [2016-03-06]. (原始げんし内容ないようそん档于2017-01-06) ちゅうぶんしげるからだ)). 
  2. ^ Atomic, molecular, and optical physics. National Academy Press. 1986. ISBN 0-309-03575-9. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Editor: Gordon Drake (Various authors). Handbook of atomic, molecular, and optical physics. Springer. 1996. ISBN 0-387-20802-X. 
  4. ^ Chen, L. T. (ed.). Atomic, Molecular and Optical Physics: New Research. Nova Science Publishers. 2009. ISBN 978-1-60456-907-0. 
  5. ^ 5.0 5.1 R. E. Dickerson, I. Geis. chapters 7, 8. Chemistry, Matter, and the Universe. W.A. Benjamin Inc. (USA). 1976. ISBN 0-19-855148-7. 
  6. ^ Y.B. Band. Light and Matter: Electromagnetism, Optics, Spectroscopy and Lasers. John Wiley & Sons. 2010: 4–11. ISBN 978-0471-89931-0. 
  7. ^ P. A. Tipler, G. Mosca. chapter 34. Physics for Scientists and Engineers - with Modern Physics. Freeman. 2008. ISBN 0-7167-8964-7. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 Haken, H. Light Reprint. Amsterdam u.a.: North-Holland Physics Publ. 1981. ISBN 0-444-86020-7. 
  9. ^ C.B. Parker. McGraw Hill Encyclopaedia of Physics 2nd. McGraw Hill. 1994: 803. ISBN 0-07-051400-3. 
  10. ^ R. E. Dickerson; I. Geis. chapter 9. Chemistry, Matter, and the Universe. W.A. Benjamin Inc. (USA). 1976. ISBN 0-19-855148-7. 
  11. ^ I.R. Kenyon. chapters 12, 13, 17. The Light Fantastic – Introduction to Classic and Quantum Optics. Oxford University Press. 2008. ISBN 978-0-19-856646-5. 
  12. ^ Y. B. Band. chapters 3. Light and Matter: Electromagnetism, Optics, Spectroscopy and Lasers. , John Wiley & Sons. 2010. ISBN 978-0-471-89931-0. 
  13. ^ Y.B. Band. chapters 9,10. Light and Matter: Electromagnetism, Optics, Spectroscopy and Lasers. John Wiley & Sons. 2010. ISBN 978-0-471-89931-0. 
  14. ^ C.B. Parker. McGraw Hill Encyclopaedia of Physics 2nd. McGraw Hill. 1994: 933–934. ISBN 0-07-051400-3. 
  15. ^ I. R. Kenyon. 5, 6, 10, 16. The Light Fantastic – Introduction to Classic and Quantum Optics 2nd. Oxford University Press. 2008. ISBN 978-0-19-856646-5.