电子云导体模型与量子理论的关系.docVIP

物理专题课程论文 学号：0座机电话号码14 姓名：吴嘉伟 题目：电子云导体模型与量子理论的关系 摘要：电子云导体模型揭示和定量研究了光与分子中电子之间的电磁感应相互作用。然而，这种电磁感应相互作用是一个微观现象，应该用量子理论来分析处理，该模型定量研究此微观现象，这一做法是否合理、准确？该模型与量子理论之间又有什么样的关系？这些都是令人疑惑的问题。本文概述了该模型的研究进展，分析了该模型对量子理论的依赖和促进关系，初步回答了上述问题，说明该模型方法具有一定的理论和应用意义。 关键词：光 电子 电磁感应 量子理论 电子云导体模型 前言 电磁波与物质相互作用普遍存在于自然界，是重要的科学和技术应用研究领域。最近的工作提出了电子云导体模型，揭示了光与分子中电子的电磁感应相互作用，并定量研究了这种相互作用，即定量研究这种电磁感应作用造成的光与电子之间的能量交换。[1] 该模型以电子云为整体来处理光与电子的相互作用，从而表明了一个微观过程：电磁感应造成的感生电动势引起电子云上的感生电流。这些工作开启了认识光与电子相互作用的另一扇门——光与电子的电磁感应相互作用。随着研究的进行，已经发现，这种电磁感应相互作用是光和电子参与若干过程的关键影响因素。[2] 这些认识促使我们从新的角度来深入探究光与物质相互作用的规律，从而推动光电新技术的发展。 光与分子中电子的电磁感应相互作用是一个分子级别的微观现象。显然，对这样一个微观现象的定量研究必定要借助于量子理论。采用电子云导体模型方法来定量研究此微观现象，此种做法是否准确、合理？另外，电子云导体模型方法与量子理论之间有什么样的关系？该模型具有什么理论和应用意义？这些都是令人疑惑的问题。本文初步说明这些问题。.电子云导体模型方法的研究进展 一般而言，电磁感应现象存在于宏观导体等物体中。如果把分子中的电子云视为电子在其中自由运动的微小空间（一定条件下的自由运动），把电磁感应的理念扩展应用到此微小空间，可以知道：一定强度的电磁感应能够影响电子在其电子云空间上的运动行为。此即电子云导体模型的出发点。 可以借助电子云导体模型所取得的研究结果来说明该模型的准确性、合理性问题。这一模型应用于光与介质相互作用研究，初步取得了以下结果：[1,3-7]在一定频率范围的光作用下，分子中的电子基本处于基态时，同时分子中每个电子均与光交换折射能条件下，折射率与频率无关，这可以合理地解释折射率与频率关系曲线上出现的平台；当光的频率足够高，可以使分子中的一些电子显著偏离基态时，电子云参数V、g开始显著变化，从而介质折射率开始随光频率变化而改变；3较清晰地解释了静电场或静磁场对介质折射行为的影响机理；直观地解释了介质折射率各向异性的起因；用模型导出的折射率表达式计算了几种介质的折射率（可见光），结果较准确，该表达式可用于多组元介质的折射率计算；说明了氢气与氦气、氮气与氧气折射率相对大小的原因；通过计算氖、氩等对钠光的折射率，并与实测值比较，证实了原子的内层和外层电子均可以对折射率有贡献。 另外，运用电子云导体模型对极慢光速实验、氮分子在飞秒强激光下的电离实验、X光与分子中电子的相互作用、光与真空中的自由电子相互作用等进行分析，均能得出合理的结果。[2] 上述研究结果说明电子云导体模型方法具有准确性和合理性。上述研究结果的取得有充分的原因。一般认为：电子云的分布（电子波函数）是由电子与电子之间相互作用（包括自旋作用）、电子与核之间相互作用等各种因素综合决定的。用电子云来研究光与电子间的电磁感应能量交换，能够反映这些相互作用对这种能量交换的影响；而电子云等效体积V和形状方位因子g是电子云的分布特征参数，因此用这两个参数来研究光与电子间电磁感应能量交换的做法就已经包含了上述各种相互作用因素，这使得电子云导体模型能够在电子未跃迁情况下（特别是未明显偏离基态情况下）较准确地描述光与电子间的电磁感应能量交换过程。 2.电子云导体模型对量子理论的依赖和促进 实际上，电子云导体模型是在量子理论的框架下发展起来的一种研究方法，没有量子理论的已有知识成果，就不可能形成电子云导体模型研究方法。另一方面，电子云导体模型方法对量子理论起到促进作用。电子云导体模型方法对量子理论的这种依赖和促进关系主要体现在： 1）电子云导体模型是在量子理论的基础上合理地吸纳了一些经典物理学理论发展而来，它主要运用了电子云、波函数、能量量子化、原子结构等一些基础理论；这些基础理论均是量子理论的已有成果，也是电子云导体模型的核心。 2）电子云导体模型首次揭示了光与分子电子间的电磁感应相互作用的存在。这种相互作用的主要行为可大致描述如下：在光的电磁感应导致的感生电动势作用下，分子中的电子在其电子云空间上做统计意义上周向定向运动，形成感生