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  • 發布時間:2022-12-09 15:08 原文鏈接: 為啥波函數是原子軌道

    被核勢場束縛的電子,與其說是個粒子,不如說它是一種波。人們不得已只好放棄了電子作為一種粒子的圖像,代之以電子波的圖像。電子其實沒有軌道的概念,只有一個大致的空間運動范圍,和空間每一點上波(振動)的幅度,這個幅度在空間分布的函數,就是波函數(含時波函數還是時間的函數)。這個幅度目前仍未找到確切的物理意義,即到底是哪個物理量在做振動的幅度。它的“發明”,純屬人類的假設。不過波函數解出來以后,可以很完美地解釋電離、激發、化學反應等涉及電子能量變化的過程,因此人們相信這是一種合理的假設,不管波函數到底是什么東西,有用就行。把波函數稱為原子軌道(或分子軌道)純屬歷史原因,呈現為波的電子根本沒有明確軌道。

    后來波恩提出了波函數的概率解釋,即波函數絕對值的平方正比于幾率密度,又賦予了電子一定的粒子形象,不過這時的粒子是神出鬼沒的,毫無運動規律(不像分子那樣,還符合或基本符合牛頓力學和經典電磁學。對束縛態電子而言,牛頓力學,經典電磁學完全失效)可言,唯一的規律就是統計規律,即電子在空間某處出現的概率正比于波函數在該處的絕對值的平方。

    至于電子云就是波函數模(或稱絕對值,波函數是復函數)的平方的一種圖形表示(用黑點的稠密程度代表幾率密度)。

    學習波函數的時候,一定不能把它想象成某種樣式的軌道(電子軌跡)。束縛態的電子是波,而不是服從牛頓定律的粒子【注】。請記住我們在說原子軌道或分子軌道的時候,其實就是在講波函數。原子“軌道”這個名稱完全是有其名而無其實。

    【注】這一說法不夠嚴格,更嚴格的說,束縛程度越大,波動性越顯著,粒子性越不顯著,束縛程度越低,粒子性越強,波動性越不顯著。電子在接近于電離的高能量軌道中運動時,表現出顯著的粒子性(基本服從牛頓力學和經典電磁學,基本可以預測其行為)。電離后變成自由電子,波動性就幾乎沒有,而近乎完全呈現為粒子性(相當精確地服從牛頓力學,經典電磁學)。

    不能理解為原子軌道的平方就是電子云吧?
    原子軌道就是波函數的代名詞,當然可以說成原子軌道的平方可以用電子云描述。不過要注意,二者不是相同的東西,電子云僅是“原子軌道的平方”形象化的表示。就像用電場線來形象描述空間中電場強度的分布一樣,不能說場強(在空間的分布函數)就是電場線。

    不過,“原子軌道的平方”這一說法的確不常見,我的猜測是字面上看起來有些不倫不類。“軌道”怎么平方啊。這不是科學問題,是語言問題。

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