zhangxuanzhong
第60楼2014/05/29
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让我们回到第4小节,来讲讲塞曼效应扣背景技术。虽然今天最大的新闻是霍金给出了世界杯英格兰得奖的概率公式,但楼主觉得与其象他那样胡扯,还不如干点正事。
霍金研究的是引力,塞曼研究的是电磁力量。他希望知道,电磁力量,尤其是磁场,是怎么影响光谱的。在他当时的逻辑链条中,他缺乏了一环,那就是光是由原子发出来的。
中国本土的仪器公司,也有做塞曼的。大家都知道,塞曼的核心技术在于磁场的强度要足够能够影响到原子。我们在前面应该已经提到,你可以把原子想象成是一个地球,也是带有磁场的。
原子有磁场,物理上叫做有磁矩,所以才会被磁场影响。
这个影响的能量是多大的呢?就是磁场强度与原子磁矩的乘积。
可是,有的读者会说了,我不会算原子的磁矩啊。
这就是一般的读者的正常反应,但是,其实真理是朴素的,你只要稍微用脑子想一下,就可以估计出这个数值的。
原子的基本图象,就是在1个nm的尺寸里,电子绕着原子核在做圆周运动。那么,你首先需要算出电子的圆周运动的速度。这里只需要高中物理就可以了,就是库仑力提供圆周运动的向心力。然后有了电子的速度,就可以算出电流的大小,而电流的大小与圆周围起来的那个面积的乘积,就是磁矩的大小了。
这对于一般的读者有点偏难,也就是说,如果我们把北京地铁2号线上的人流看成是电流,这个人流与2号环线围起来的那块地的面积相乘积,就得到了北京2号线的磁矩了。这样说大家能明白了吗?
那你如果还要问,为什么要用人流量乘上土地面积呢?为什么不是乘2号线本身的长度呢?这个等楼主搞明白了再来告诉你。
总之,现在你可以估计一个原子的磁矩了。
当然这个结果只是在数量级上是对的,细节上是不对的,因为这个是经典图象,而微观世界也要用量子力学与相对论才可以解释的。但没有关系,作为工程师,尤其是高水平的杰出的人物,最重要的不是选择正确的理论,而是能做出正确的估计。
这个估计是对的。
于是,我们可以知道,一个原子放在磁场里,它会有额外的能量。这部分能量的变化,会引起光谱线波长的变化。这是塞曼效应最基本的东西。
但这个事情怎么又与偏振光联系在一起了呢?读者们最害怕的东西估计就是偏振光了,其实别怕,偏振光就是我们戴的墨镜而已,或者你去3D电影院带的那个眼镜而已。细节我们下次再讲,为什么必须有偏振。