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答网友yudeyang氢原子基态电子的轨道角动量和光谱精细结构问题

已有 11191 次阅读 2013-1-7 12:48 |个人分类:杂谈|系统分类:观点评述| 轨道, 原子核, 角动量, 量子数

    网友yudeyang在我的留言板中问及了氢原子基态角动量以及电子自旋问题,在我的前期博文和SFN讨论中实际上是给出了部分答案,但没有给出氢原子光谱精细结构的完整解释。此次与yudeyang讨论给出完整个人对波函数、量子数以及原子光谱等的理解,供感兴趣的网友参考。

[31]yudeyang  2013-1-6 01:03

罗老师:请问怎么理解氢原子基态电子的轨道角动量等于0?也就是说只有径向运动而没有角向运动?

博主回复(2013-1-6 09:09)SFN的讨论也涉及了这个问题,下面是我的回答:
Quantum number l, the angular momentum of the state, is an interpretation about the mathematical solution of Schrodinger equation of the hydrogen atom. As resonance equation, l is the parameter to describe the sub-vibration overlapped on main orbits, l=0 means there is no sub-vibration
也就是l不是真实的角动量,是对数学解的一个解释。

[32]yudeyang  2013-1-7 02:50
罗老师:
    谢谢您的耐心解答!根据您的解释,是不是可以认为氢原子基态电子的轨道角动量是某个不为零的矢量?考虑到只有一个电子和一个原子核,又是有心力,那在孤立的氢原子任何时候这个轨道角动量都是个常矢量。而轨道量子数是零,并不说明真实的轨道角动量也是零。我们这里假定“原子核”和“电子”都没有自旋(比如:一个氦原子核和一个反氦原子核组成的短暂的系统)。如果可以这么理解的话,那么“不考虑自旋”的氢原子基态电子的轨道角动量的真实值(矢量的模长)应该是多大呢?我们可以先考虑是个“理想”的氢原子,不考虑两者的自旋。可以从您的论文中得出必然的推论吗?
 
博主回复(2013-1-7 10:30)孤立氢原子处于基态时,角动量是常矢量,这点你理解得很正确。用薛定谔方程求解得到的波函数,其中的n,l,m,s等只是数学上的结果,通过相关的算符运算,能量、角动量等物理量可以与这些量子数产生联系。如果你看过我的论文,这些数学上的表述都是以氢原子基态作为基准的,也就是n,l,m,,s用于描述高阶共振轨道形状与基态轨道的差异。
质心坐标系是描述氢子两体问题的正确坐标系,电子和质子面对面地绕质心沿轨道运动一周,在质心坐标系中观察,也自转了一周,因此我的模型也是考虑了自转的,并且是内禀的,会有电磁效应,磁矩。原子光谱是在外界作用下产生的,也就是外场激发并参与了原子共振。外场与自旋磁矩可以是顺和反,产生作用,在共振时(光谱)就会分裂成两条,这就是氢原子光谱精细结构的解释。
 

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