对波尔量子理论的一点个人看法
波尔理论三个假设:
第一假设是“原子定态假设”
玻尔原子理论认为,原子只能处于一系列不连续的能量状态中。而且在这些状态中,电子虽做变速运动,但并不向外辐射电磁波(即处于能量守恒的稳态),这样的相对稳定的状态称为定态(补充一下,对于原子来说,电子所处的定态是有很多个的)。
第二假设是“电子跃迁假设”
玻尔原子理论认为,电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波,但电子在两个不同定态间发生跃迁时,却要辐射(吸收)电磁波(光子);其需要的能量及外界光的频率(或者向外界释放的光的频率)由两个定态的能量差值决定hv=E2-E1。
第三假设是“轨道量子化假设”
由于能量状态的不连续,因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值,玻尔原子理论认为在某个半径下的运动,原子的能量(和半径的大小)只能取到固定的若干个数值。
上面这个假设似乎没有涉及到时空的本质,我在波尔假设的基础上,提出时空的量子化假设,然后来推导一遍。
设时空是量子化的,则有
dr=ndr₀
dt=ndt₀
u=dr/dt=ndr₀/ndt₀=dr₀/dt₀
角动量L=nh
.........................................................................................1式
假设质量为m₀的自由粒子的运动来自于能量场的作用,那么,它所表现出来的作用力F为
F=m₀.(a +u²/r )
它的运动轨迹是一条曲线
核外电子动体的加速度a取决于粒子速度u的大小,所以
m₀a=m₀.u²/r - ke²/r²
对上式积分,得
m₀.u²/2 = - L²/2m₀.r² + ke²/r
因此,核外运动电子的总能量E为
E=m₀.u²/2 + L²/2m₀.r² - ke²/r
.........................................................................................2式
在外磁场B中,其总能量E为
E=m₀.u²/2 + L²/2m₀.r² - ke²/r ± eBL/m₀
.........................................................................................3式
把1式代入3式中,eBL/m₀=eBh/m₀得
E=m₀.u²/2 + h²/2m₀.r₀² - ke²/r ± eB.h/m₀
.........................................................................................4式
如果粒子处于定态,则 m₀a=0,有
m₀.u²/r - ke²/r²=0
所以
r =L²/m₀.ke²
代入时空量子化条件,有
r =n²h²/m₀.ke²
即
r₀ =nh²/m₀.ke²
.........................................................................................5式
把5式代入4式中,整理后得
E=m₀.u²/2-m₀.(ke²)² /2n².h² ± eB.h/m₀
.........................................................................................6式
上式第一项表示核外运动电子的动能量m₀.u²/2是一个不变值,处于波尔理论的定态假设之中。第二项表示核外运动电子的量子化向心势能量值,每一次向心势能量的变化都是量子化的,表示波尔理论的能量跃迁假设,第三项表示核外运动电子处于外磁场B中的约束能量值,在经典量子理论中解释为运动电子的自旋能量。
令u=ke² /h,则有
E=【m₀.(ke²)² /2h²】 (1 - 1/n²) ± eB.h/m₀
.........................................................................................7式
这就是氢原子核外运动单电子的牛顿能量系统的表达式。