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昊子2k1年前
原子轨道 - 计算与直觉 | Bohaz 深入探索量子力学的复杂性,通过氢原子模型来研究原子轨道。在我们启发性的视频中,我们计算了静态状态的空间表述,为理解多电子原子及元素周期表的结构奠定了基础。我们从径向波函数开始,揭开了指数衰减率与原子核电荷和主量子数之间的关系。视频重点介绍了径向波函数如何与化学家熟悉的轨道名称(如1s和2p)相关联,以及它们在预测过渡金属反应性中的关键作用。我们还涉及了量子隧穿现象,展示了氢原子的非经典特性,其有23.8%的概率存在于经典力学禁止的区域内。 接着我们过渡到球谐函数,解析了原子轨道的角度依赖性,通过简化复杂的代数,帮助大家直观地了解电子如何在原子核周围占据空间。我们解释了球谐函数的形状如何对应于经典轨道倾角,从量子角度揭示了赤道和极地轨道。视频以球谐函数的可视化演示为高潮,将其与s、p、d和f轨道联系起来,并阐明了量子力学如何构建化学中使用的原子轨道。 在我们结束对氢结构的探索时,我们为即将跳跃到氦原子做了铺垫。我们暗示了电子-电子排斥带来的复杂性及电子自旋的重要性,为后续视频探讨角动量耦合、量子纠缠以及不可解薛定谔方程的近似方法奠定基础。请继续关注我们深入探索量子力学,揭开原子结构的奥秘。 **关键词:** 量子力学,氢原子,薛定谔方程,量子物理,阶梯算符,本征值,本征向量,哈密顿力学,玻尔半径,里德伯常量,量子光谱线,量子化学,量子力学,原子轨道,氢原子模型,径向波函数,球谐函数 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 动画: 动画由我使用Python和Manim制作。 参考文本: 《量子力学物理学》 - 詹姆斯·比尼 / 戴维·斯金纳 参考视频: 视频创意来源于牛津大学物理系詹姆斯·比尼的二年级量子力学讲座系列。 ----------------------------------------------------------------------------------------------- Wanted by Purrple Cat | 创作共用协议 CC BY-SA 3.0
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66665天前
星际访客3I/ATLAS:彗星还是星舰?宇宙深处的终极谜题 当这颗质量达330亿吨的星际天体掠过火星时,人类的望远镜集体陷入了沉默——它的轨道精准得像手术刀,喷气模式却违背所有物理常识。它叫3I/ATLAS,一个让天文学家失眠的名字。 一、“反常”的星际访客 2025年10月3日,3I/ATLAS以每秒40公里的速度从银河系深处闯入太阳系。与“奥陌陌”“鲍里索夫”不同,它的每一个特征都透着诡异: - 质量与轨道:330亿吨的质量是普通彗星的10万倍,却能在疯狂喷气时保持轨道丝毫不差,仿佛有“隐形引擎”在精准调控。 - 化学密码:它富含二氧化碳却几乎无水冰,镍元素浓度异常高而铁元素消失,这种“镍铁分离”在太阳系内闻所未闻。 - 时间诡计:它选择在10月29日抵达近日点,届时会躲在太阳背面,人类将彻底失去观测窗口——这是巧合,还是刻意的“信息屏蔽”? 二、两种截然相反的解读 (一)“外星飞船”假说:来自哈佛的大胆猜想 哈佛大学天文系主任阿维·勒布教授提出了一个颠覆认知的推测: “3I/ATLAS的轨道精度、化学构成和时间选择,自然形成的概率低于0.005%。它更像一艘经过伪装的星际探测器。” 他的团队发现,3I/ATLAS的轨道平面与太阳系行星公转面仅差5度,能完美掠过金星、火星和木星——这种“航线规划”,更像是对太阳系的“定点考察”。 (二)“远古彗星”辩护:来自加州理工的冷静反驳 加州大学的大卫·朱伊特教授则认为,极端环境能解释一切: “它可能形成于星际空间零下270℃的极寒区域,保存了太阳系诞生前的原始化学配方。二氧化碳易升华的特性,让它在远日点就开始喷气,反而稳定了轨道。” 至于镍铁分离,他推测是星际空间某种未知化学过程的结果——毕竟人类对星际物质的认知还不足1%。 三、人类的“星际侦探行动” 为了破解谜团,全球天文机构启动了“史上最密集观测计划”: - 火星探测器:“火星快车号”(服役22年的“老将”)和“Exomars轨道器”(曾因着陆失败被认为“报废”)被紧急调度,其搭载的光谱仪将分析3I/ATLAS喷出气体的成分,寻找有机物或人工合成物质的痕迹。 - 地面望远镜:智利VLT、夏威夷凯克天文台、欧洲盖亚卫星全部转向火星方向,构建“全球观测网”。 - 韦伯太空望远镜:价值百亿美元的“太空巨眼”暂停深空观测,
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