以简明物理法重新发现巴耳末公式

作者: 邓崇林

来源: 返朴

发布日期: 2019-06-02 08:19:16

本文通过简明的物理推导手法,重新发现了巴耳末公式,并使用量纲分析揭示了光谱线中内蕴物理量的真正本质。研究方法保留物质元素内稟表征,推导出经验公式及巴耳末基数,手法简明,因果相扣逻辑合理。此外,还推广了巴耳末公式并证明了与里德伯公式的等价性,通过量纲分析揭露了内蕴物理量的本质。

氢原子不连续光谱之巴耳末公式的发现,为原子物理中玻尔理论的创立提供了直接依据,在量子物理发展进程中起了重要作用。然而,在物理学上从巴耳末的古典时代,过渡到玻尔的量子时代的这一段传奇,其过程疑云重重。

回顾近代物理学史,氢原子不连续光谱之巴耳末公式的发现,为原子物理中玻尔理论的创立提供了直接依据,在量子物理发展进程中起了重要作用。当玻尔一看到巴耳末公式,突然间“我都明白这一切了”,这是当时玻尔在与Léon Rosenfeld会面时所透露的心灵激动。然而,在物理学上从巴耳末的古典时代,过渡到玻尔的量子时代的这一段传奇,其过程疑云重重,始终都无法清晰明白。

巴耳末在其论文中没有具体介绍是怎样找到这个共同因子的过程,也就是巴耳末基数。巴耳末经验公式的推导过程不失简单,但不简明,虽然找出了氢原子可见光区光谱线的规律,却失去了找寻巴耳末基数源头的真相。

本研究方法乃以未知数并运用物理基本概念,于计算不同波长比例时,保留物质元素内稟表征,只要不被约分消掉,其本性自然显露出来,就能推导出经验公式以及推导巴耳末基数,手法一切简明,因果相扣逻辑合理。

由于巴耳末公式起初预测氢原子的其他光谱线系列波长不准,势必要修正,光谱研究方面,巴耳末脚步并未停歇,持续于1897年发表另一篇论文“光谱波长的一个新公式”,巴耳末自己也在该论文中提出修正,也就是将原巴耳末基数除4得A=B/4=3645.6/4=911.4Å。

虽然此前已推得里德伯常数R的真正数值,可是只能假定它是一个属于氢原子的内蕴物理量,却不清楚它是由哪些基本物理常数所构成,因此,本单元将以量纲分析手法揭露此一内蕴物理量的真正本质。

课堂上没讲清楚的巴耳末公式,除了数学家还有一些余热之外,就只剩记忆里的历史片段了,何曾想到,深入研究发现,竟能用如此简明的物理推导手法,就能重新发现巴耳末公式,并以量纲分析及沿用本研究的两个假设,就能揭露光谱线中内蕴物理量的真正本质!

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