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原子光谱简史
德国物理学家欧文•薛定谔(Erwin Schrödinger,1887–1961)是量子力学史上至关重要的人物。他于1926年提出了以他名字命名的“薛定谔方程”,从而建立了量子力学的波动力学表述形式。这一突破性工作使他与保罗•狄拉克共同分享了1933年诺贝尔物理学奖。
薛定谔方程——通常写为 iℏ ∂ψ/∂t = Ĥψ——是描述微观粒子量子行为的核心方程。其中波函数 ψ 包含了系统所有的物理信息,哈密顿算符 Ĥ 则对应系统的总能量。该方程能够精确求出原子和分子中电子的定态波函数与对应的离散能级,从而在本质上解释了为什么原子光谱是分立的线状谱而非连续分布。
在光谱学领域,薛定谔方程提供了从第一性原理计算和解释光谱现象的理论基础。通过求解不同势场下的薛定谔方程,理论光谱学得以预测原子发射或吸收谱线的精确位置、强度及线型。例如,氢原子光谱的精细结构、分子振动-转动光谱的复杂带系,乃至在外电场或磁场中谱线的斯塔克/塞曼分裂,最终都需通过薛定谔方程或其近似求解来完成定量分析。
如今,基于薛定谔方程发展起来的量子化学计算方法,已成为分析红外、紫外、拉曼等光谱的强大工具,帮助科学家从分子和电子结构层面解读光谱信息。薛定谔用他的波动方程,将光谱学从一门以观测和归纳为主的实验科学,深化为一座连接微观量子世界与宏观光谱现象的坚实桥梁。
欧文•薛定谔
Erwin Schrödinger
1887–1961
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