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文/袁玉刚
原子核自旋角动量的最大投影值叫核自旋,即核的自旋量子数。核处于基态时,偶数核的自旋为零或整数,其中偶偶核的自旋为零,奇奇核的自旋为整数;奇数核的自旋为半整数。
自旋为零或整数的偶数核属于玻色子,遵从玻色—爱因斯坦分布;自旋为半整数的奇数核属于费米子,遵从费米—狄拉克分布和泡利不相容原理。
这样解释量子力学的知识真的有点拗口、晦涩。
各位熟悉旋涡吧!在旋涡里,一个核子占据一条旋臂,自旋量子数就是1/2。这是一个原子的高层核子占有度,也可以叫旋臂最大平衡度。如果旋涡有两条旋臂,两个核子各占一条,旋臂对称,自旋量子数是整数。如果质子、中子各一,更加完美平衡。
干脆,再通俗一点,把一个原子比作一个家庭,把一个质子比作一个旋转着的女子,把一个中子比作一个旋转着的男子,把核外的电子比作一个个孩子。第一类家庭有两个院子,每个院子有两所房子。遵循泡利不相容原理,每所房子只能住一个人,并且鼓励一夫一妻制。这样,每个院子只能住一男一女两个人。还要规定,大家尽量往里住。一个院子为一个单元,一所房子就是半个单元。一个人住进一所房子,自旋量子数就是1/2。
好了。氕就是一个女子住进最里面的一所房子。自旋量子数就是1/2。
氘就是一个女子和一个男子住进最里面的一个院子的两所房子。自旋量子数就是两个1/2,即1。
又一个男子住进去,3所房子住了人。外边的房子只住了一个人,相当于最高层只有一个核子,自旋量子数就是1/2。这就是氚。这个家庭已经不太稳定了。
如果一个家庭有两个女子,占据两个院子,两所房子。一个男子住进一所房子。这就是氦三,自旋量子数3/2,不太稳定。再住进一个男子,就是氦四,自旋量子数为2。因为小层填满了,也可以叫做0。这是最标准的稳定家庭。
第一类家庭有两个院子,每个院子有两所房子。每个院子只能住两个人。自旋量子数最大只能是1。超过1的家庭很快就土崩瓦解。氢五、氦五(自旋量子数3/2)不能稳定存在。
第二类家庭有四个院子,每个院子有四所房子。每个院子只能住四个人。自旋量子数最大只能是2。超过2的家庭很快就土崩瓦解。氖20四个院子20所房子,10女10男,自旋量子数为0,是标准的稳定家庭。
第三类家庭有八个院子,每个院子有八所房子(元素周期表第三、第四周期)。每个院子只能住八个人。自旋量子数最大只能是4。超过4的家庭很快就土崩瓦解。虽然男子越来越多了,但一夫一妻家庭依然特别稳定。氩36、钙40依然遵循旧制,成为幻数元素之一。之后,新规在一夫一妻的基础上增加了最高层必须占满这一条。钒51的自旋量子数是7/2,是因为最高小层有7个核子。
第四类家庭有十六个院子,每个院子有十六所房子(元素周期表第五、第六、第七周期)。每个院子只能住十六个人。按说自旋量子数最大只能是8。超过8的家庭很快就土崩瓦解。但自旋量子数是4的家庭,元素也可以稳定。但最高层也占满了,元素才可能成为幻数。铋209自旋量子数是9/2,是因为最高小层有9个核子。
总之,人少了,大家可以循规蹈矩。人一多,违反纪律的就多了。多核子的原子,约束力相对弱了,核子就会逃逸。这就是放射性衰变或者分裂。原子社会与人类社会惊人地相似。星系呢?宇宙呢?也许都是人类的翻版。
朋友,你说呢?欢迎批评!
本文选自:今日头条 |
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