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精细结构常数量子电动力学的基石

  我们今天讲讲 精细结构常数α ,它像 欧拉常数γ 一样,是美丽的自然之石里藏着的 金子 。就是这样一个小小的结构常数奠定了 量子电动力学 的基石。
  1664年, 牛顿发现一束细小的太阳光在通过三棱镜后会分解成像彩虹那用的连续光带。 牛顿把这种 彩色的光带称 作 光谱 。
  有了光谱的概念,我们不得不提到 氢原子光谱, 该光谱中的最强的一条谱线是 1853 年由瑞典物理学家 埃斯特朗 ( Anders Jonas Angstrom ) 探测出来的 。他是关于 热传导 和 光谱学 方面的专家。
  此后, 人们在 星体 的光谱中观测到了更多的 氢原子谱线 。 1885 年, 从事 天文测量 的瑞士数学家和物理学家 巴耳末 ( Johann Jako b Balmer) 找到一个经验公式来说明已知的氢原子谱线,此后,人们便把这一组线称为 巴耳末系。
  B是一个常数,其值为3.6456 10-7m,n为 氢原子 的 能级。
  1889 年,瑞典光谱学家 里德  ( Johannes Robert Ry dberg,) 发现了许多元素的线状光谱系, 其中最为明显的为 氢 和 碱金属原子 的光谱 ,它们也都能满足一个简单的公式,叫里德公式:
  R是里德(Rydberg)常数,其值为1.0973731569 107 /m
  1891 年,  阿尔伯特.麦克尔孙 ( Albert M ichelson ) 通过更精确的实验发现: 原子光谱的每一条谱线,实际上是由两条或多条靠得很近的谱线组成的  。这种细微的结构 称为 光谱线的 精细结构  :
  迈克耳孙干涉仪:
  光谱精细结构谜团重重,第一个对氢原子光谱作出成功解释的丹麦物理学家是尼尔斯·玻尔 (Niels.Bohr),他于1913年发表了 氢原子的物理模型 ,玻尔的模型为 量子力学 奠定了基础,他因此而获得了 诺贝尔物理学奖。
  此后, 索末斐 (Arnold.Sommerfeld)对玻尔的氢原子模型做了几方面的 改进 和推广。
  索末斐 认为:
  原子核的质量并非无穷大,应取有限值。 所以电子并不是绕静止的原子核转动,而应该是原子核和电子绕着它们的共同质心转动。其次, 电子绕核运行的轨道与行星绕日运行的轨道相似,不必是一个正圆,也可以是椭圆。
  最后,因为核外电子的运动速度很快,有必要考虑 质量随速度 变化的 相对论效应 。
  在经过这样改进之后,索末斐发现 电子的轨道能级除了跟原来玻尔模型中的轨道主量子数n有关外,还跟另一个角量子数l有关。这些具有相同主量子数但不同角量子数的轨道之间的能级有一个微小的差别。
  索末斐认为,正是这个微小的差别造成了原子光谱的精细结构。这一点,被随后对氦离子光谱的 精确测定 所证实。
  在索末斐模型中,不同角量子数的轨道之间的能级差正比于某个无量纲常数的平方 。根据玻尔模型,很容易推算出基态轨道上电子的速度。在氢原子基态轨道上电子的速度与与光速之比,正是 精细结构常数的公式:
  式中电子的电荷量为e,为真空介电常数,h为普朗克常数,c为光速。
  因为它首先由 索末斐在解释原子光谱的精细结构 时出现,所以这个常数也被称为 索末斐精细结构常数。
  精细结构常数有什么意义呢?
  狄拉克(Paul Dirac),将 量子波动学 与 相对论 相结合起来,提出了 电子的相对论性量子力学方程———狄拉克方程 。 狄拉克方程不但更好地解释了光谱的精细结构 ———认为它是电子的 自旋磁矩 与 电子 绕 核 运行形成的 磁场 耦合的结果,而且还成功地 预言 了 正电子的存在 。

NASA公布5颗土星小卫星外型似悬浮茶托和马铃薯中新网3月29日电据中央社报道,美国国家航天局(NASA)的土星探测器卡西尼号2017年近距离观测到土星环中的5颗小卫星,天文学家和科学家28日首度将此发现发表在美国科学(Scie太阳能超薄石墨烯薄膜研究人员开发了一种具有独特性能的太阳能吸收超薄石墨烯薄膜,该薄膜具有很大的太阳能热能收集潜力。据说90纳米材料比人类头发细1000倍,并且能够在开放环境中在自然阳光下快速加热至16真的会有世界末日吗?世界末日,不是吓唬你,这个真的有。通常说到世界末日,都是指人类面临的巨大灾难,它有可能导致人类的消亡甚至是地球生物的整体大灭绝,并不一定是地球爆炸或太阳爆炸之类。这不意味着爆炸不会我们是怎么知道一个天体离我们有多远的?主流方法有2种1。三角测差法,适用于银河系内较近天体2。宇宙学红移,适用于河外星系等极为遥远的天体还有一种标准烛光法,也挺准的,但是可遇而不可求la型超新星爆炸,因为一般来说白矮星火星河道比地球上的更长更宽科技日报北京3月28日电(记者刘霞)据美国太空网27日报道,美国科学家一项新研究表明,在大约37亿年前,在失去大部分大气层后很长时间,火星才有大河,河流持续存在了数十亿年,很可能在世界上著名的4大谎言,其实全是假的,但至今仍有人深信不疑地球有着45亿年的历史,人类在这个星球上生活了长达几万年。在这个星球上每天都会发生很多稀奇古怪的事情,这些事情很多到现在为止,很多专家都没有搞明白。但并非所有的稀奇古怪的事情都是未重大突破!最新实验或让科学家离神秘的中微子更近了一步!我们知道,中微子可能是已知粒子中最令人困惑的一种粒子。它们完全无视所有已知的粒子应该如何运动的规则。他们嘲笑我们花哨的探测器。就像宇宙中的猫一样,它们无忧无虑地在宇宙中漫步,偶尔与天文学家再发现没有暗物质的超稀疏星系去年3月28日发表在自然期刊的一篇论文显示,超稀疏星系NGC1052DF2几乎不包含暗物质,被视为天文学新突破。今年3月,天文学家利用新观测进一步验证NGC1052DF2没有暗物质129光年外一颗超级木星动荡不安!科学家捕捉到前所未有的细节近日,据欧洲南方天文台报道,天文学家首次利用光学干涉测量技术对系外行星展开详细探测,以前所未有的细节向我们揭示了一颗系外行星动荡不安的面貌。这颗系外行星名为飞马座V342e,距离地既然冥王星已不是行星,那还有其他第九大行星吗?自从1930年被发现以来,冥王星在很长一段时间内被认为是太阳系中的第九大行星。但后来的观测表明,冥王星要比另外八大行星小不少,并且它的轨道偏心率和倾角远高于其他行星。尤其是上个世纪星系中如何有足够的燃料形成恒星?星系比我们所看到的更多。在黑暗的太空背景下,星系明亮的恒星似乎平静地旋转着。但仔细一看就会发现很多混乱。去年1月,西雅图华盛顿大学的天文学家杰西卡沃克在美国天文学会的一次会议上说星
神舟十二号成功克服三道关飞船翻跟头航天员倒着坐穿越黑障9月17日,神舟12号航天员乘组结束在空间为期三个月的工作,开始向地球返航。那么神舟12号究竟是如何返航的?如何完成向着陆场的瞄准和滑行?又是如何完成在大气中的制动减速,最后平安落中国领跑奥运奖牌榜,不仅是咱运动员争气,航天黑科技也立了大功体育跟科技素来有着紧密的关联,只不过大多数时候科技充当了幕后英雄,暗暗助力着体育竞技事业的发展。奥运会中许多项目都是竞速的,这就意味着我们要用最短的时间最快的速度完成既定赛程,比如孩子暑假正确的打开方式是这样马上又要到了中小学生暑假时间了,假期里,孩子们难道就天天在家里吹空调吃西瓜玩农药?如果这样的话,两个月暑假过去,孩子们的知识是忘得差不多了,肥肉倒是没有少长。家长该头疼了吧!别头疼被孩子作业气到心梗的家长如今怎么样了?这两天网上红了一条跟帖,一个家长在一篇谈家庭辅导的文章下留言,陪儿子写作业到五年级,然后心梗住院了,做了两个支架,想来想去命重要,作业什么的就随其自然吧。像段子,却又显得真实酸楚。研究流速1600年以来最慢,大西洋环流可能崩溃,为什么会这样?一会地球要大降温进入小冰河时期,一会地球要持续变暖,地球要变成火球,到底我们地球未来会如何走?似乎已经没有一个可以明确说明的放心了,大家都在争议变冷变热的问题。不过这里可以首先确定云南惊现两只蛇纹巨型飞蛾,有一只展翅可达25厘米,为何没灭绝?云南是我国生物种群较多的地区之一,并且近些年来,我国加大了对云南地区的生物种群保护,也看到了不少的生物种数量提升。例如亚洲象种群数量平稳恢复,近30年增至300头,白肢野牛等稀缺物地球3天3次大地震!最高7。6级,2021年到底怎么了?地球3天3次大地震!8月13日南桑威奇群岛7。6级大地震,8月14日美国阿拉斯加州以南海域7级大地震,海地7。3级大地震。什么情况?2021年地球的地震也高度频繁了?我们地球到底怎14头亚洲象操碎心,多久会回西双版纳?新说法最快可能秋季云南象群又传来消息,不过这次是国外对我国云南象群的一个评价,确实云南北迁象群是国际出圈,世界各国都在关注这一群大象的活动,这一群大象也算是让人操碎了心,需要想办法让它们回到自己的原鄱阳湖水变浑,一湖清水成奢望,大规模采砂盲目上闸成争议长江是亚洲第一长河,并且完全在我国内陆区域,整个长江水系横跨八省二市一区,其中支流也是多不胜数,所以受到长江水系影响的地方很多,而在长江流域也形成了我国多个重要的湖泊,其中中国第一12。5万年来最高,地球还在升温?冰封的远古生物正在复苏2021年以来,随着极端性高温的影响,世界多地都已经出现了野火问题,包括北极圈区域,也出现了罕见的野火问题,根据美国航天局(NASA)指出,西伯利亚野火烟雾飘到北极,这是有史以来第地球第1个临界点快了,人类正处危险边缘,气候大变影响多大?联合国IPCC又来报告了,警告人类活动对气候的空前影响,让人类正处于有效的不可逆转的危险边缘,人类真的应该好好反思了,需要快速对气候进行调整,虽然联合国IPCC报告给我们说出的是一