索末菲數是電子在第一玻爾軌道上的運動速度和真空中光速的比值。
基本介紹
- 中文名：索末菲數
- 外文名：Sommerfeld number
- 所屬類別：專業術語
- 領域：機械工程
詳細描述,提出者,意義,
詳細描述
索末菲數是物理學中一個重要的無量綱數，常用希臘字母α表示。索末菲數表示電子在第一玻爾軌道上的運動速度和真空中光速的比值，計算公式為 α=e2/(4πε0cħ)（其中e是電子的電荷，ε0是真空介電常數，ħ是約化普朗克常數，c是真空中的光速）。
提出者
阿諾德·索末菲（1868～1951）德國物理學家。1868年12月5日生於東普魯士的柯尼斯堡(今俄羅斯加里寧格勒)；1951年4月26日卒於巴伐亞的慕尼黑。對原子結構及原子光譜理論有巨大貢獻。對陀螺的運動、電磁波的傳播峙別在衍射力一而）以及金屬的電子論也有一定成就。
索末菲靠著倫琴的影響接替了玻耳茲曼在慕尼黑大學的職位。他的主要興趣在X射線和γ射線方面，勞厄對X射線的研究是在他的帶動下進行的。
1916年，他對玻爾的理論提出修正,即引入了電子的橢圓軌道，在作這樣的修正時，他把愛因斯坦的相對論套用於高速運動的電子，這樣，相對論和普朗克的量子都在這種原子模型中找到了自己的位置。人們往往把這種原子模型叫做玻爾-索末菲原子模型。
1886年在柯尼斯堡大學主修數學，1891 年獲博士學位後 ，任哥廷根大學助教 。1897年任克勞與玻爾斯塔爾礦業學校數學教授，1900年任亞琛技術學院教授。1906年起任慕尼黑大學理論物理學教授。在慕尼黑大學工作期間他做了最重要的研究工作，提出用橢圓軌道代替玻爾原子的圓軌道，引入軌道的空間量子化等概念，成功地解釋了氫原子光譜和重元素 X 射線譜的精細結構以及正常塞曼效應（見索末菲橢圓軌道理論）。他的金屬電子論，對溫差電和金屬導電的研究很有價值。索末菲是一位出色的教師，學生P.J.W.德拜 、W.K.海森伯、W.泡利和 H.A.貝特等人還獲得了諾貝爾獎。索末菲堅決反對納粹德國的反猶太運動和所謂”德意志物理學”，無畏地表示了自己的明確立場，納粹刊物曾攻擊他是“文化界中猶太文化的代理人”。
意義
從表面看來，索末菲數α 只不過是另外一些物理常數的簡單組合。然而，量子理論以後的發展表明，索末菲數其實具有更為深刻的物理意義。無論是玻耳模型還是索末斐模型，它們都只是量子理論發展早期的一些半經典半量子的理論。它們雖然成功地解釋了氫原子光譜及其精細結構，但是在處理稍為複雜一些的具有兩個電子的氦原子時就遇到了嚴重的困難。以後薛丁格建立的量子波動力學對氫原子有了更好的描述。狄拉克又進一步把量子波動力學與相對論相結合起來，提出了電子的相對論性量子力學方程——狄拉克方程。狄拉克方程不但更好地解釋了光譜的精細結構——認為它是電子的自旋磁矩與電子繞核運行形成的磁場耦合的結果，而且還成功地預言了正電子的存在。而描述光與電磁相互作用最為完善的理論，是量子電動力學。量子電動力學認為，兩個帶電粒子（比如兩個電子）是通過互相交換光子而相互作用的。這種交換可以有很多種不同的方式。最簡單的，是其中一個電子發射出一個光子，另一個電子吸收這個光子。稍微複雜一點，一個電子發射出一個光子後，那光子又可以變成一對電子和正電子，這個正負電子對可以隨後一起湮滅為光子，也可以由其中的那個正電子與原先的一個電子一起湮滅，使得結果看起來像是原先的電子運動到了新產生的那個電子的位置。更複雜的，產生出來的正負電子對還可以進一步發射光子，光子可以在變成正負電子對……而所有這些複雜的過程，最終表現為兩個電子之間的相互作用。量子電動力學的計算表明，不同複雜程度的交換方式，對最終作用的貢獻是不一樣的。它們的貢獻隨著過程中光子的吸收或發射次數呈指數式下降，而這個指數的底，正好就是索末菲數。或者說，在量子電動力學中，任何電磁現象都可以用索末菲數的冪級數來表達。這樣一來，索末菲數就具有了全新的含義：它是電磁相互作用中電荷之間耦合強度的一種度量，或者說，它就是電磁相互作用的強度。
