天文在线▲人类科学的大跨越,物质内部其实别有洞天?,发射波谱的发现历史
发射波谱【天文在线▲人类科学的大跨越,物质内部其实别有洞天?,发射波谱的发现历史】当物体产生光
任何材料变热的时候 , 都倾向发光 。 在日常生活中 , 厨具、灯泡的金属灯丝或者太阳都可以用这个现象解释 。
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在19世纪后期 , 科学家们也通过在实验室里加热物质来观察这一现象 , 但不知道如何解释它 。 然而 , 他们知道如何将气体发出的光分解成光谱 , 通过观察光线的特征可以判断其所含的化学元素 。 1859年 , 德国物理学家古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫称这种光谱为"发射频谱" 。
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图解:自发发射示意图
很多研究人员都试图解释物质如何产生发射光谱 , 但他们都没有成功 。 1900年 , 德国物理学家马克斯·普朗克部分回答了这个问题 。
普朗克首先发现 , 利用当时的物理原理 , 是不可能克服这个问题的 。 于是 , 他阐述了一个革命性的理论 , 它标志着现代物理学的开始和在此之前物理学的结束 。
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在他的理论中 , 普朗克断言光只能以小束能量发射 , 他称之为"量子" , 后来改名为"光子" 。 这样一项建议与当时已知的光有悖 。
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光由此被认为是一种连续能量的形式 , 在电磁波的外观下传播 , 而不是像粒子的光子存在那样 , 作为不连续能量的一种形式存在 。
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德国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦于1905年加入这一领域的研究 。 他不仅同意普朗克的观点 , 而且提出了更进一步的看法:他认为 , 除了偶尔会有像粒子(光子)一样的特征外 , 光还具有不断上下起伏的特点 , 所以必须把光看成一个具有波粒二象性的物质 。
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此外 , 爱因斯坦还确定光子的能量与其辐射的波长有关 。 因此 , 根据他的说法 , 波长较大的波(如红光)携带的能量很少 , 而波长短的波(如紫光)携带的能量更多 。
1913年 , 丹麦物理学家尼尔斯·亨里克·大卫·波尔将普朗克和爱因斯坦的进步性理论纳入他的新原子模型 , 并解释了物质如何以粒子的形式发出光 。 根据波尔的说法 , 原子是由带负电荷的电子组成的 , 这些电子绕着带正电荷的原子核运行 , 从它们轨道到原子核的距离非常特殊 。
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靠近原子核的轨道上的电子能量相对较少 , 实际上它被吸引它的核牢牢地遏制住了 。 因此 , 我们必须给它大量的能量 , 才能把它移动到一个更高的轨道 。 占据更远位置的电子具有大量的能量 , 为了留在轨道上 , 它必须补偿它自己与试图对其施加吸引力的原子核的巨大距离 。 因此 , 只需给它很少的能量 , 就可以将其移动到更高的轨道了 。
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波尔说 , 当一个天体被加热时 , 它的一些电子吸收能量 , 并倾向于从近轨道迅速移动到离原子核更远的轨道 。 然后 , 每个电子自行返回到位于原子核附近的原始轨道 , 降低其能量含量 , 使其可以稳定的存在于原始轨道上 。
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