淹死的鱼??
第29楼2020/01/15
在这一小节,我们要来谈谈著名的光谱线。最著名的光谱线,是钠的双黄线,当然在作者看来,另外一个非著名的光谱线也值得思考,那就是锰三线。
纳的核外电子的排布是2,8,1。是11号元素,这个是大家都知道的。因为它最外层是1个电子,所以你也可以把它看成是类似与氢原子一样的东西,因为后者也是核外有一个电子。但是,它们之间是有区别的,氢原子对核外电子产生的吸引力在经典意义上是与距离的平方成反比的精确的库仑势,而钠原子对最外的电子的吸引力是屏蔽的库仑势,不是精确的平方反比。这种区别在量子力学上会有所反映,就是氢原子这个体系具有动力学对称性,群论上叫做so(4)对称,高与一般的空间几何上直观的球对称性so(3),这里面就存在一个比钠原子更高的对称性,所以其光谱被研究的非常清晰。
钠的双黄线,波长是5890A与5896A,差距是0.6钠米。这差距一般的光谱仪器是可以扫出来的,比如说普析的A3就可以有0.4钠米以下的光谱带宽,所以是可以扫出这2个不同的峰。
1920年代,物理学家就可以发现,5893A的这个光谱,其实分裂为2条,那就是5890A与5896A,这事情如何解释呢?作者认为,对这个事情的精确解释,需要勇气。
首先,这个5893A的光子的能量是多少?我们知道波长是光速除以频率,所以我们可以算出这个光子的频率,然后再用普朗克常数乘以频率,就可以算出这部分的能量。2条谱线的能量都可以算出来,相互减一下,就可以得到能量差,这2条谱线的能量差是1千分之1个电子伏特这个级别。
如果读者还记得本书第2讲讲到的1电子伏特大概是10000度的温度,所以钠的双黄线之间存在的温度差距是10度左右。换句话说,1920年的光谱仪器,可以测出10度左右的温度差。
你懂的。
那么,为什么会产生这个能量差距呢?这1/1000个ev的能量差别,或者说10度的温度差距,来自什么地方。
让我们象物理学家那样思考问题吧。
物理学家是这样思考问题的,他首先知道氢原子的基态能量是-13.6ev,所以10ev是一般光谱线的数量级,这种数量级别的差距来自与电子与核电荷之间的库仑相互作用。而现在这个1/1000ev的能量差距比前面那个电相互作用小10000倍,那么这个相互作用就一定是磁相互作用了。
具体的来历就是前面讲过的,核电荷相对电子的运动会产生一个磁场,而电子本身可以看成是一个小磁铁,是有磁矩的,它可以在磁场中存在一个能量。这个磁铁可以与外磁场的方向是同向的,也可以是反方向的。2者具有不同的能量,这2者的能量差距就是前面说过的1/1000ev。
好了,读者们在这里已经学会了数量级的估计,也知道了电子不但带电,而且还有磁性,可以看成是小磁铁,这就足够了。
那么你可以去研究一下为什么在279nm到280nm之间会存在锰光谱的三线结构了。细节我们在余下的章节中会陆续展开的。
PS:这是无意间看见的大师级别的物理理论研究,对于这个帖子提出的问题,我想对大家会有帮助,这个已经不是仪器本身使用的问题了,而是背后深奥的物理学光谱,电子磁场的专业知识了。