——相互呼应,共同组成了现代物理学的坚实基础。
平日清晨的量子力学
作为物质结构的基本法,量子力学无处不在。在这一次跨年演讲中,张朝阳选择从普通人平常一日的视角来探讨量子力学对生活的影响。他从每天早晨醒来看到的第一缕阳光讲起,这缕晨曦关联着太阳整体的活动。
太阳实际上是一个巨大的气球,在它的内部正发生着氘核的聚变反应。核聚变的过程是由量子力学主导的,在太阳内部1500℃的环境下,氘核的动能并不能完全克服彼此之间的库伦排斥,但它们仍能借助量子世界独有的隧穿效应走到一起,形成氦核。
聚变释放的巨大能量使得太阳维持着和引力的平衡,并逐渐将太阳表面加热到5800K(开尔文,温度单位)。阳光其实是这个5800开尔文的表面的黑体辐射。根据维恩位移定理,黑体辐射的峰值波长和温度乘积是个常数太阳黑体辐射的峰值波长是500nm,整个黑体辐射谱的谱峰其实恰好落在人眼的可见光波长(380nm到750nm)范围内。
张朝阳解释,其实这不是巧合,恰恰是太阳的量子性质和漫长的自然选择塑造了眼睛,我们眼睛对大于500nm的光波最为敏感。他继续猜想,假设有另一个恒星,它的表面温度很可能不是5800K而是比如7000K。生活着这一恒星附近的生命感知的可见光,根据维恩定理应该被修正到200nm到300nm。
原来,清晨看到的第一缕阳光背后的全部故事,字里行间已经全是量子力学
分子键的定量计算
- 势能函数:U(r) = -E + Kr - (A / r^6) - (B / r^12)
- 势能导数:U'(r) = -K + (6A / r^7) + (12B / r^13)
- 势能二阶导数:U''(r) = (6A / r^8) + (156B / r^14)
- 势能三阶导数:U'''(r) = -(48A / r^9) - (2184B / r^15)
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