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陈建国 (jianguochen4@yahoo.com) 2007.06
第五章 原子结构和原子光谱
(征求出版商与征求评论稿,未经书面授权、不得转载!)
量子力学是现代原子物理学的基础。原子结构的量子化规律是玻尔发现的。玻尔创立了很好地描述氢原子结构和它的光谱线规律的理论。他的理论在索末菲的工作中得到进一步的发展,这些科学家严格地论证了原子的卢瑟福式的类行星模式。但是由于在解释光谱精细结构和复杂原子构造时产生的困难,他们的理论被抛弃了。后来,人们对玻尔和索末菲在发展原子物理学方面的贡献估计不足,一些人称他们的理论为“半经典”的,另一些人称之为新原子力学的草案,第三种人认为这仅仅是向随后建立原子理论的一个过渡阶段。某些作者在叙述原子理论时甚至不提他们的名字,或者顺便评论他们一下。薛定谔和海森堡被认为是正确原子理论的创造者。
现代原子是用很复杂的薛定谔三重微分方程描述的。在这方程的基础上提出了德布罗意假说。根据这个假说,电子在原子中同时是波又是粒子。既然将粒子与波等量齐观是荒谬的、自相矛盾的概念,薛定谔方程也就不能用于描述发生在原子中的实际过程,它没有理由在量子力学中起过于重大的作用。薛定谔方程的“走红”可能是由于下列不同来源的支持者:
⒈“对于氢原子,薛定谔方程的解不可能顺利地用基本数学函数式表达出来。因此,这些解是在本质意义上的描述。对于有两个或者更多电子的原子来说,薛定谔方程一般不可能得到在分析意义上的精确解。”
﹝1﹞
⒉“对于包含不止一个电子的原子来说,薛定谔方程实际上甚至是不可能用计算方法求解的”。﹝2﹞
⒊“为了用哈特里—福克方法计算甚至中等大小原子的光谱线,例如铁,就要求用电子计算机工作几年”。﹝3﹞
⒋“特·基诺希达(美国康涅尔斯基大学)说过,为了提高计算的精确度,他常坚持在大型电子计算机上工作上百小时。”﹝4﹞
在原子物理学中海森堡测不准原理有很大的作用。在原子中借助于薛定谔方程可以算出电子的能级和每一瞬间电子处在原子中各不同点上的概率;而依靠测不准原理,就解释了哪些计算的不准确性。但是应当认为这一原理不仅错误,而且是反科学的。一方面,它规定了在微观世界认识的界限,而另一方面——证明了我们对微观世界的真正结构无知。根据测不准原理,在原子中不能建立电子轨道的概念,因为不能同时准确测定电子在原子中的坐标和速度。氢原子中的电子处在基础的能级状态,在任何一点可以出现,球状范围的半径是r=5.29×10-11M。﹝5﹞﹝6﹞也就是它不服从库仑定律。正如下面我们将要证明的,可以很精确地计算出在氢原子中的任何轨道的所有参数。其中包括以同样的精确度同时确定任何瞬间电子的坐标和速度。我们的计算充分揭示了测不准原理的谬误。
薛定谔—海森堡的理论比玻尔—索末菲的理论复杂得多了,而借助于这种理论只能解决哪些玻尔—索末菲已经解决了的问题。用他们的理论为武器,物理学家们就背离了形象思惟和健康思惟不能自相矛盾的原则。通常认为借助薛定谔方程可以解释在原子中能级量子化的原因,但是要用什么来说明这种解释“可靠”的话,那就是由这个方程得到的结果创立了荒唐的假设:电子就是波。
我们的理论是玻尔—索末菲理论在逻辑上的继续。在建立该理论时广泛利用了实验资料,这些资料与离子电位的确定和光线、X射线能级的确定有关。在参考文献上,离子电位和能级都给出了很高的精确度,达到8至10位有效数字。这些资料是可靠的,因为它们是总结了全人类提供的实验资料得到的结果。理论研究的成果则是使用了在我们的理论基础上研究出来的方法,与上述实验资料符合得很好。
新理论建立在牛顿时空观的基础上,它的一个重要成果是可以清晰地确定原子的结构,并对发生在原子中的过程做出一系列新的解释。我们获得了描写相互作用物体运动的一些精确公式。在相互作用物体以接近于光速的高速运动时观察到的所谓相对论效应,我们用运动效应公式处理。根据相对论,运动引起物体质量的增加。根据我们的观点,运动引起物体之间相互作用效率的改变。物体相向运动时,彼此间相互作用的效率增加;而在它们互相远离时则相反——减小。我们研究了根据已知的离子电位,计算复杂原子轨道参数的方法,并导出可以从理论上计算多电子原子的离子电位的公式。因此,可以从理论上计算任何复杂的原子,由此看到了经典物理学的无限能力。
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