驻波的独特形状,是由阱的形状造成的;其中有一些特点,值得稍加讨论。质子周围的阱的最显著特点是,它是球对称(sphericallysymmetric)的。这意味着,无论从哪个角度看它都是一样的。要想象出这一点,请考虑一个没有标记的篮球:它是一个完美的球,无论如何转动它,看起来都一样。也许,我们可以大胆地把氢原子内的电子,想象成是被困在一个小小的篮球里?这当然比说电子陷在一个方阱里要更有可能;而不寻常的是,它们还有相似性[133]。图6.10左侧是篮球内两列能量最低的声音驻波。我们再次沿中心切开球,随图中颜色由黑转白代表着球中的气体压强逐渐增大[134]。图右侧是氢原子中两列可能的电子波。左右两张图虽不完全相同,但十分相似。所以,想象氢原子内的电子陷在一个类似于小篮球的东西里,也没那么蠢。这幅图像的确能展示量子粒子的类波行为,它有望解开一部分谜团:理解氢原子中的电子,并不比理解气体在篮球内部的振动更复杂。
在离开氢原子话题之前,笔者想多说一点关于质子产生的势,以及电子如何随着发射光子、由高能级跃至低能级。通过引入势的概念,我们合理地避免了关于质子和电子是如何通信的讨论。这种简化让我们理解被束缚粒子能量的量子化。但是,如果想认真理解发生的事情,我们应该尝试解释束缚粒子背后的机制。对于粒子在真实盒子中运动的情形,我们可能会想象某种无法被穿透的盒壁,它大概是由原子组成,粒子将与这些原子相互作用因而无法穿透盒壁。对“不可穿透性”的正确理解要从粒子如何相互作用出发。我们比喻说,氢原子中的质子“产生一个势”,而电子在其中运动,又把势束缚住电子的方式比喻为粒子陷在盒子里的方式。这种说法还是回避了更深层的问题,因为很明显,电子与质子会相互作用;而正是这种相互作用,决定了电子如何被禁锢。
在第十章中将会看到,补充一些处理粒子相互作用的新规则,来完善我们到目前为止所阐明的量子规则。目前,我们的规则非常简单:粒子携带虚构的钟跳来跳去;根据跳跃的距离,钟会逆时针转动特定的量。允许所有的跳跃,因此一个粒子可以通过无穷多条路线从A跃至B。每条路线都会将其自己的量子钟送至B,我们必须把这些钟加起来,以决定一个作为结果的钟。这块钟就会告诉我们在B处找到粒子的概率。在这套把戏中加入相互作用其实很简单,只要在跳跃规则之外,我们再添加一条新规则,规定一个粒子可以发射或吸收另一个粒子。如果发生相互作用之前只有一个粒子,则这之后可以有两个;如果发生相互作用之前有两个粒子,则这之后可以只有一个。当然,如果想搞出数学形式,则我们需要更精确地说明,哪些粒子可以融合或分裂,以及每个粒子携带的钟在相互作用时会怎样。相互作用是第十章的主题,但是它对原子的影响应该很显而易见的。如果有规则说电子是通过发射光子来相互作用,则有这种可能:氢原子中的电子吐出一个光子,失去能量而跌落至更低的能级。它也可能吸收一个光子,得到能量并跃上更高的能级。
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