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科学史及与哲学和宗教的关系 作-第106章

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3

锂

Li

6。941

16

硫

S

32。06

4

铍

Be

9。01218

17

氯

Cl

35。453

5

硼

B

10。81

18

氩

A

39。948

6

碳

C

12。011

19

钾

K

39。102

7

氮

N

14。00067

20

钙

Ca

40。08

8

氧

O

15。994

21

钪

Sc

44。9559

9

氟

F

18。9984

22

钛

Ti

47。90

10

氖

Ne

20。179

23

钒

V

50。9414

11

钠

Na

22。9898

24

铬

Cr

51。996

12

镁

Mg

24。305

25

锰

Mn

54。9380

13

铝

Al

26。9815

26

铁

Fe

55。847

27

钴

Co

58.9332

60

钕

Nd

144.24

28

镍

Ni

58.71

61

钷

Pm

145

29

铜

Cu

63.545

62

钐

Sm

150。4

30

锌

Zn

65.37

63

铕

Eu

151.96

31

镓

Ga

69.72

64

钆

Gd

157.25

32

锗

Ge

72.59

65

铽

Tb

158.9254

33

砷

As

74.9216

66

镝

Dy

162.50

34

硒

Se

78.96

67

钬

Ho

164.9303

35

溴

Br

79.904

68

铒

Er

167.26

36

氪

Kr

83.80

69

铥

Tm

168.9342

37

铷

Rb

85.4678

70

镱

Yb

173.04

38

锶

Sr

87.62

71

镥

Lu

174.97

39

钇

Y

88.9059

72

铪

Hf

178.49

40

锆

Zr

91.22

73

钽

Ta

180.9479

41

铌

Nb

92.9064

74

钨

W

183.85

42

钼

Mo

95.94

75

铼

Re

186.2

43

锝

Tc

98。9062

76

锇

Os

190.2

44

钌

Ru

101.07

77

铱

Ir

192.22

45

铑

Rh

102.9055

78

铂

Pt

195.09

46

钯

Pd

106.4

79

金

Au

196.9665

47

银

Ag

107。868

80

汞

Hg

200。59

48

镉

Cd

112.40

81

铊

Tl

204.37

49

铟

In

114.82

82

铅

Pb

207。2

50

锡

Sn

118.69

83

铋

Bi

208.9806

51

锑

Sb

121.75

84

钋

Po

209

52

碲

Te

127.60

85

砹

At

210

53

碘

I

126.9045

86

氡

Rn

222

54

氙

Xe

131.30

87

钫

Fr

223

55

铯

Cs

132.9055

88

镭

Ra

226.0254

56

钡

Ba

137.34

89

锕

Ac

227

57

镧

La

138.9055

90

钍

Th

232.0381

58

铈

Ce

140.12

91

镤

Pa

231.0359

59

镨

Pr

140.9077

92

铀

U

238.029

  量子论

  1923年康普顿发现,当X射线为物质所散射时,波的频率变小。他用辐射的光子单元理论,来解释这个效应。这种光子单元可以和物质或电荷的电子与质子相比。电子在原子轨道中运动自然不免发放辐射能量。按照牛顿动力学,这个效应将使其轨道缩小,从而使其转动周期变短,使其发射的频率增高。在这个过程的所有阶段中,都会有原子存在,所以在一切光谱里都应该可以发现一切频率的辐射,而不是我们在许多元素的线状光谱中所看到的少数确定不变的频率的辐射。

  就是在白炽固体的连续光谱内,能量也不是均匀分布的,而是在某些频率之间为最强。这个最强辐射的区域随温度增高,在光谱里由红端至紫端移动。这些事实很难用原子或电子辐射的旧理论去解释。事实上,数学的计算表明频率高的振子应该比频率低的振子发出更多的能量;因此,可见光比不可见的红外线应该发出较多的热,而紫外线又应该比可见光所发的更多。但是这一切都是与众所周知的事实相反。

  为了解决这些困难,1901年普兰克提出了“量子论”,主张辐射不是连续的,而象物质一样,只能按个别的单元体或原子来处理。这些单元的吸收与发射,服从在物理学与物理化学的其他分支中早已广泛地使用的概率原理。辐射出来的能量,其单元大小并不是一样的,而与其振荡频率成正比。所以只有当拥有大量可用的能量的时候,振子才能拥有和发射出高频率的紫外线;因为振于拥有许多这样的单元的机会很小,所以其发射的机会和发射的总能量也都很小。反之,频率低的辐射是以小单元射出的,振子拥有许多小单元的机会较多,因而其发射的机会也可以较多;但由于其单元甚小,其总能量也甚小。只有在某段适中的频率范围内,单元的大小适中。机会也好,于是发出的单元数目可以相当大、而其总能量便得达到其最高值。

  为了解释这些事实,必须假设普兰克的能量子e与频率成正比,或者说与振荡周期成反比。因此我们可以写成

  E=hv=h/T,

  式中v表频率,T表振荡周期,而h是一常数。因此,普兰克常数h等于能量与时间的乘积。ET,这个量被称为作用量。这个守恒的作用单位,当然不随频率而改变,事实上是不随任何变化的东西而改变。这是一个真正的自然单位,和从电子中求得的物质和电的自然单位类似。

  我们可以把一种专为解释某一系列事实而创立的理论加以调整,使其与那些事实相适合,但不论怎样适合,以及其形式怎样新颖,这个理论可以普遍适用的证据也许并不充分。可是,如果有另一套完全不同的现象,也可以用同一的理论去解释,尤其是在这些现象没有别的合理的解释的时候,这种证据的价值必大为增高,而我们也就开始相信,我们可以依赖这个理论去解释更多的关系。

  普兰克的理论本来是为了解释辐射的事实而创立的。因为与传统的动力学有抵触,所以一般学者虽非怀疑,也以审慎的态度对待,亦属当然。但当其为爱因斯坦、条恩斯特与林德曼(Lindemann),特别是德拜(Debye)用以解释比热现象之后,它广泛应用的可能性便大为增加了。

  普通的分子运动论以为,固体中单原子分子的原子热,应为气体常数的3倍,或约为每度6卡,而且此数不受温度的影响。金属都含有单原子分子,其原子热在普通温度下大致不变,等于6。但在低温下,则此数值便减小了。

  解释这个现象首先获得成功的是爱因斯坦。他指出,如果能量只能以一定的单元或量子而被吸收,则吸收的速率必随单元的大小而改变,因而必随振荡的频率与温度而改变。德拜从量子论推出一个与实验符合的公式,特别显著的例子是碳元素,其原子热即使在普通温度下,也随温度而改变,比较金属的数值小得多。

  依照量子论,光在发射与吸收的刹那间,即不是弗雷内尔的稳定以太波,也不是麦克斯韦与赫兹的连续电磁波。它好象是一团一团的微量的能量所组成的流;这些细团的能量几乎可以看做是光的原子,虽与牛顿的微粒不同类,而却与之相当。这个现象与干涉现象的协调是留待将来解决的难题。如果将一线光分为两道,而使其经过长短不同的路程,则这二路程虽相差至数千个波长,但在这两道光的最后会合处,也可见干涉的条纹。又在大望远镜里看见的星像的衍射花样,表明每个原子所发的光都充满着整个物镜。以前,人们认为这些事实足以证明光是以稳定的“波列”前进的,均匀地分布于几千个波长的距离之内,而且在横向上扩展,足以充满望远镜全部空间。

  可是,如果使这颗星的光线落在钾的薄膜上,则被星光所发出的电子,每个都有与该星光相当的量子的能量。这里,光的行动不象是波,而象是能量集中的枪弹。距离增大,则一定面积上所受到的枪弹必减少,但是枪弹冲击的动量还是相等
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