世界万物都是由微小的原子构成,那原子到底长啥样?我们现在的科技可以看到原子吗?
大家现在看到的这个画面就是由一个个原子排列所形成的画面,画面中那些不断排列的微小颗粒,便是一个个原子,这幅相关动画是由IBM公司在2013年利用扫描隧道显微镜操纵单个原子所制作。在1981年,美国IBM公司的两位科学家根据量子隧穿效应,创造发明了扫描隧道显微镜,扫描隧道显微镜的面世,便把我们人类的视角带入了原子层面,它让我们对原子有了更加直观的感受,但我们知道原子模型的建立是在上世纪30年代,这时的人们还没有如此先进的科学仪器,那他们又是如何了解原子以及发现原子的内部结构的?依据这个结果,卢瑟福猜测在原子内部应该还有一个很小的核心存在,这个核心聚集了原子的大部分质量,而在核心的外面才是散布的质量较小的电子。因此依据这一猜想,卢瑟福便公布了原子核和核外电子的原子模型,但在这个模型提出不久,人们又发现原子核外围的电子,应该不是卢瑟福以为的那般,是随机的轨道,这是因为依据麦克斯韦的电磁理论思想,当电子绕原子核旋转时会因其释放电磁波而损失能量,那么久而久之,电子就会落向原子核,那原子也就会缩小成像原子核那么小的一个实心结构。
而这样的状况是与实际不符的,所以在1913年,为了解决这个问题,物理学家波尔提出了电子能层轨道的原子模型,他认为电子围绕原子核旋转的轨道是以能层的形式存在,而能层与能层之间是存在间隙的,只有这样,原子才能保证它的体积以及内部空旷的空间,这个就是波尔的原子模型。波尔原子模型的出现,这标志着人类对微观世界的了解突破到了一个新的层面,因为波尔的原子模型引入了量子化概念,他把电子的轨道设定为了一层层不连续的量子数,这与我们经典理论的连续性是完全不同的。
量子化的引用,这对于探索微观世界来说是一个质的突破,这个突破让我们对原子又有了新的认识,在1926年,基于先辈们对原子的探索,奥地利科学家薛定谔便推出了非常有名的薛定谔方程,依据薛定谔方程新的原子模型,就此诞生薛定谔方程是一个概率方程,它可以描述微观粒子在某个位置出现的概率,那为什么要用概率而不用准确的值呢?
在前面我们曾提到微观的粒子世界是完全不同于我们的经典世界,在微观世界中粒子具有很多的特殊性质,而其中最重要的一个性质就是不确定性。不确定性的存在,让我们无法准确的知道粒子的位置,所以粒子的位置是模糊不定的,只能以概率来描述。


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