由量子力学引开的思考

  最近学习量子力学，从另一个角度回溯光谱学作归化总结如下：

首先，明确研究对象：微观粒子，分子、原子、电子、光子。普朗克在研究黑体辐射问题时为把低频光和高频光的辐射经验公式统一起来 做了一个重要假设：光是不连续的。 后来爱因斯坦发现了光电效应，验证了这个想法。 证明光具有粒子性。 之后，波尔研究太阳的吸收光谱时提出了原子的电子轨道是分立的。再后来德布罗意发现了电子是波动性的 就是说物质具有波动性。光，一直被认为是电磁波，具有波动性；而电子，作为一个基本的微观粒子，具有粒子性，现代成像技术甚至可以观测到电子轨道。但科学家说光也有粒子性的一面，粒子也有波动性的一面。似乎是矛盾的，因为粒子性，表明有确定的质量、动量、位置可确定预测；波动性则代表不确定，只能从其几率，统计学角度去研究。科学家说，不矛盾，任何基本粒子都兼具波粒二象性，只是在空间维度上表现不同，并用不确定关系来限制这些物理量。科学家还是喜欢用式子描述这些规律，于是薛定谔建立了一个模型，薛定谔方程，引入波函数来描述微观粒子的运动状态。这个方程写出来容易解起来难。为此，数学家绞尽脑汁，用算符、狄拉克方程、变分法各种手段去解这样的微分方程。而在解方程过程中，为使波函数满足所薛定谔假定的一系列条件， 所引入一些参数，就是量子数，必须在分立时才有解。这个模型从纯数学角度，印证了微观粒子的量子性，即分立、不连续的特点。另一方面，从波动性的角度讲，薛定谔方程所解得的波函数平方，就是概率密度函数，也恰验证了微观粒子的波动性。

光谱学，wiki的定义是the study of the interaction between matter and electromagnetic radiation。物质与电磁波的相互作用的研究。其实是一种以电磁波（广义的光），研究微观粒子内部的工具。可以理解为以宏观手段表现微观特征的手段。基本原理是光与电子发生相互作用，能量发生变化，导致电子或者光子在一定的轨道上跃迁，发射和吸收的能量则可以在光谱表现出来。各种光谱总结如下：

1.当光子能量比较小时，与分子振动或者转动的原子核运动量子化电子分布（能级）发生共振。光子被吸收，电子跃迁至高能级，分子整体能量升高；

1.1若能量弛豫，发热，用红外吸收光谱研究；

1.2能量以光的形式发出，用荧光光谱研究；

1.3若研究对象转为发射光子，与分子作用后，能量可能升高或降低，拉曼光谱可以反映；

2光子能量比较高时，X射线能量与内层电子能级相近，光子进来，内层电子接受能量；

2.1能量升高电子直接被电离（可以认为升高至一个更远的轨道依然是量子化的），用XPS（X射线光电子能谱）研究

2.2产生空穴，外层填充进来能量升高：

2.2.1恰好使外层电子电离，俄歇电子能谱；

2.2.2能量以光子形式散出，X射线荧光；

3.光子能量与分子轨道的外层电子能量相近:

3.1吸收光子能量这部分能量是量子化的, 用紫外吸收光谱研究；

3.2激发态的电子跃迁回去，又放出能量用，紫外波段的荧光光谱研究。

现代科学发展使人膨胀自大。其实不过是虚妄。人只不过是发现规律罢了。就拿量子力学建立过程来看，科学家在实验中发现匪夷所思的现象，尝试建立模型解释。再用新的实验现象去验证。如此，一个新的理论甚至学科诞生。科学从未真正创造什么，发现或不发现，规律就在那里。只是人宁愿相信人类经过无数简化和假设的发现，也不愿意相信这一切规律背后的终极维护者。惊叹所发现规律美妙之余，只以概率草草搪塞解释。何其悲也。