漫画 | 超低温下测量原子间作用力,能否破解化学反应的奥秘?
然而,虽然量子力学已经诞生了100多年,但科学家还是没有搞清楚,原子之间的作用力究竟是什么样的。这是因为,原子间的作用力实在是太复杂了。
一、原子的作用力为什么复杂
原子间的作用力为啥这么复杂呢?其中主要有两个原因。
第一个原因是,原子的成员太多。你可不要以为原子是一个实心小球。原子可复杂了,里面有原子核,还有一大堆核外电子。
原子间的作用力为啥这么复杂呢?其中主要有两个原因。
第一个原因是,原子的成员太多。你可不要以为原子是一个实心小球。原子可复杂了,里面有原子核,还有一大堆核外电子。
那么,科学家真的没有办法研究多个原子之间的作用力了吗?
二、团伙的内部活动
办法倒是有一个,只不过不是直奔主题,而是先绕一个小弯儿,通过研究原子组团后的内部活动,进行间接测量。
比方说,假如几个原子通过原子间的作用力结合在一起,形成了一个原子团伙。
此时,你要是给它们施加一点儿能量,它们通常会借着这股劲儿,开展各种内部活动。比如,
二、团伙的内部活动
办法倒是有一个,只不过不是直奔主题,而是先绕一个小弯儿,通过研究原子组团后的内部活动,进行间接测量。
比方说,假如几个原子通过原子间的作用力结合在一起,形成了一个原子团伙。
此时,你要是给它们施加一点儿能量,它们通常会借着这股劲儿,开展各种内部活动。比如,
打个比方,这就好比一伙儿人组成了一个社会团伙。如果他们啥也不干,你肯定搞不清楚他们组成的是什么性质的团伙,是什么样的力量把他们凑到一块儿的。
如果他们跑去抽烟喝酒烫头,那他们就是狐朋狗友团伙,靠酒肉的力量维系。如果他们跑去买仪器做实验办论坛,那他们就是科研团伙,靠科学的魅力维系。如果是去唱歌跳舞听戏,那他们就是文艺团伙,靠艺术的张力维系。
同样的道理,为了研究原子间的作用力,科学家就必须想办法让原子形成的束缚态,然后观察它们会如何开展内部活动。如果两种原子团伙的内部活动不一样,那就说明维系这两个团伙的作用力不一样。
那么,到底如何才能搞清楚这种束缚态的内部活动呢?
三、费什巴赫共振:
一种巧妙的研究办法
这个问题的研究办法倒是有很多。但哪一种办法都没有我们今天介绍的办法巧妙。这就是以美国核物理学家费什巴赫冠名的:
那么,到底如何才能搞清楚这种束缚态的内部活动呢?
三、费什巴赫共振:
一种巧妙的研究办法
这个问题的研究办法倒是有很多。但哪一种办法都没有我们今天介绍的办法巧妙。这就是以美国核物理学家费什巴赫冠名的:
如果其中有一个音叉B,它的特征频率刚好和音叉A完全相同,那么音叉B的振动幅度就会格外的大,大得好像你连音叉B也敲过。这就叫作共振。
费什巴赫共振也是一种共振现象。它的意思是说,首先,如果你把几个原子凑在一块儿,这些原子原本会有一定几率转化成各种各样能量更低的状态,比如抽烟、喝酒、烫头……当然,它们也可能什么也不干,继续保持原样。
此时,如果你通过调节外部磁场的大小,使得这几个原子的总能量,刚好等于喝酒状态的能量,那么它们形成正在喝酒的束缚态的概率就会突然增大,就好像它们就是奔着喝酒来的。这就是费什巴赫共振。
总而言之,费什巴赫共振就是,两堆原子状态不同,但它们总能量基本相同,这两堆原子之间就会相互转化,发生一种量子力学意义上的共振。