2016年1月5日 星期二

回應 盒中粒子模型(二) The Particle in a Box as a ModelⅡ

網友:d2/dx2不是對x為分兩次嗎(還沒放函數)不太懂耶?

徐弘毅:
薛丁格方程式,只有薛丁格本人最懂,我們其他人都是努力的瞭解與解釋,你可以看網路上或其他版本原文教科書的解釋,我分享個人的淺見如下:
首先要問分母的dx2是什麼
d量子上下波動的距離,也就是振幅。(d距離的意思)
x量子圍繞原子核,走一圈的直徑距離
x2是量子圍繞原子核走一圈的平面面積(這應該要是圓形的平面,但是薛丁格要簡化問題,因此直接將直徑平方,用正方形面積代表。)

dx2 量子上下波動的振幅距離乘上量子圍繞原子核活動的平面面積,所構成的一個「立體」的能量區塊
為什麼要將能量看成立體的?因為能量是高度動能活潑滿布空間,所以,能量不能看成一個靜止的點、一條線或一個平面。
那麼,d2是什麼?量子在環繞原子核的軌道上,上下波動的距離(振幅)所形成的平面。在這裡是指一個周波的能量
d2/dx2是指,量子一個周波的能量平面,佔量子繞一圈的整體能量(立體的)的比例。如果是1/10,就代表d2 占有1/10dx2
再補充解釋一下d2dx2這兩者有什麼不同
d2量子移動一個周波的能量,這反映量子本身的動能;
dx2是量子和控制它的原子核彼此之間引力與斥力所構成的能量空間。
引力是指原子核與量子正負電相吸的力量,斥力來自於量子移動產生的離心力。

你問說「x分兩次,這是不是在問「二次方」的意義?
數學,是一種描述物質世界的語言,就像現在流行用手機自拍來描述自己的長相一樣。數學家用「次方/指數」描寫這是幾度空間:一次方是一度空間,也就是一條線;二次方是二度空間,也就是指一個面;三次方是三度空間,也就是立方體的世界。
你會有些困擾,是因為從小學到高中,我們都在練習計算,21=2×1=222=2×2=423=2×2×2=8。我們已經被訓練成一台電子計算機,看到次方的反射動作就是運算。但是,次方或指數設計目的之一是要描述物質世界空間」狀態,所以,我們不只要計算出數據,也要能夠想像那是什麼樣的世界?
其次,你談到還沒有放函數,其實,d2/dx2就是一種函數,不是國高中學的f(x)=x2+2x…才叫做函數。那到底函數的意義是什麼
數學家從一個複雜的東西裡,找到它變化所依循的規則,判斷清楚他們彼此變化的連動關係因果關係、互相抵銷的關係,用代數(xyxd)和加減乘除,將這個規則建立起來,就可以清楚了解這是什麼樣的東西。用代數和四則運算描述規則寫出的方程式,就是函數。
d2/dx2就是指環繞原子核移動的量子,它每一個周波的能量,占環繞原子核一圈的總能量之比例,這是在講一種量子運動的規則,函數就是規則
九九乘法表就是從19的乘法規則,函數是比九九乘法表更複雜一點的規則。籃球比賽有它的規則,足球比賽有它的規則,棒球比賽有它的規則,這些規則就是數學家所說的函數。
換句話說,以數學家的眼光來看,籃球比賽有它獨特的函數,足球比賽有它獨特的函數,棒球比賽有它獨特的函數。函數,就是規則的意思。

愛因斯坦光電效應理論裡的量子,為什麼與薛丁格方程式的量子不一樣?
愛因斯坦E=mc2的公式,是描述一個自由獨立的量子。愛因斯坦在定義量子的能量時,只考慮量子本身的質量(m),顯然他是將量子視為一顆粒子;他用光速c去計算量子移動的能量,因為他談論的量子,是不受外力控制的可以直線前進的自由粒子。
薛丁格方程式描述的是,被原子核控制量子。薛丁格用波的振幅d來計算量子的能量,顯然他是將量子視為一個;他將直徑x列入計算,那是因為他描述的量子,是受到原子核控制的,無法直線運動,必須環繞原子核一圈一圈地移動。

參考資料:盒中粒子模型()

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