PhO的竞赛中,高中选手只需知道量子物理的一些基本概念,会简单的运用即可,不必深入了解原理,也没这个能力深入了解。这玩意一旦深入,要么拿奖,要么疯掉,又或者以疯掉的状态拿奖。
题面给了一堆数据和常量,电子电荷、电子质量、玻尔半径、里德伯能量、质子静能……
总而言之这堆颜文字表情似的数据描述了一个物理现象:在足够热的气体放电中会含有各种离子,其中一种离子是核电荷数为Z的原子被剥离到只剩下一个电子。
同样没有示意图,沈奇需要从题面大量数据中找到一些有用的线索,最终求得Z的值,并写出这是什么元素的离子。
在物竞的力学、声学、电磁学的物理题中,示意图中往往包含很多可以利用的信息,读图是审题的重要步骤。量子物理跟它们不一样,给不给图没有太大区别,大部分工作靠答题者自行脑补。
物理学烧脑的分支有不少,其中TOP5的肯定有量子物理一席之地。
从宏观的光学折射到微观的离子俘获,从海市蜃楼到电子基态,这没有什么联系。
物理学包含的东西太多了,沈奇切换到量子模式,开始解答这道16分的计算题。
复赛开局就是两头拦路虎,第二题也不轻松。
首先,沈奇需要从海森堡身上找到灵感。
海森堡并不是个地名,他是德国的一位杰出物理学家,对量子论的贡献仅次于爱因斯坦。
海森堡是个人才甚至可以说是物理天才,他在31岁时就获得了诺贝尔物理学奖。爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖时年已不惑。
历史上对于海森堡的评价存在争议性,他在二战期间为德国**搞科研,研究原子弹。当然了,最先搞出原子弹并运用于实战的是美国人。
抛开海森堡的政治取向不谈,他提出的“海森堡不确定性原理”在学术界地位很高。
沈奇先使用“海森堡不确定性原理”突袭一波,设A^(Z-1)+中唯一的电子处于基态。
在此态中稍加处理可得电子到原子核中心距离平方值的平均值r0^2。
这是一个并不复杂的数学运算。
参加物竞复赛的高中生只需知道,r0^2定义为位置坐标不确定量平方(△x)^2、(△y)^2、(△z)^2之和即可。
优秀的高中物竞选手的要求是能简单运用“海森堡不确定性原理”,不必深入理解。深入理解那是大学生的业务,以后再说吧。
依葫芦画瓢,沈奇在此态中得到电子动量平方的平均值p0^2。
A^(Z-1)+离子俘获一个电子后发射一个光子,这个过程必然遵守能量守恒、动量守恒。
两个守恒关系都包含发射光子的角频率ω0,它们构成包含ω0的方程组。
由海森堡不确定性原理:
(△x)(△px)≥1/2ћ
(△y)(△py)≥1/2ћ
(△z)(△pz)≥1/2ћ
能量守恒方程可具体表示为:
1/2meve^2+1/2(M+me)v^2+E离=1/2(M+2me)μ^2+E’离+ћω0
接下来需要实施一波稍显复杂的数学操作,这个操作对沈奇来说不难:
O(∩_∩)O喵o(╥﹏╥)o……
(上面这个式子在word中显示是乱码,脑补吧,作者无能为力)
数学、物理学研究到一定程度在外人看来跟玄学没太大区别。
数学家、物理学家不需用任何文字语言表达思想,他们一言不合就抛出一堆符号,自己看吧,看懂了咱们再说话。
历经一系列的推导演算,沈奇最终得到了Z的值。
Z=4
“这……Z等于4。”沈奇略作思考,在心中默数,氢氦锂铍硼、碳氮氧氟氖……
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