「空間」與「量子」構成能量世界

化學啟迪94

1.      按照Maxwell-Boltzmann’s distribution law公式與實驗結果，我們知道，在特定溫度下，各種速率的分子的相對數量，並且畫出分佈曲線。我們怎麼取得在特定溫度下，每種速率的分子數量比例？

2.      在生活中有許多東西，我們能夠用眼睛計算每種東西的數量是多少，也有許多東西可以用重量來推估數量比例，然後加以比較它們的數量比例。

3.      舉例來說，紅色車子2台，黃色車子7台，黑色車子11台，數量比是2：7：11，或用100當成總數，紅、黃、黑百分比是10：35：55。

4.      但是像分子那麼小的東西，我們既沒有辦法目測1顆、2顆這樣計算，也很難用秤子秤重，那該怎麼辦呢？  測量能量，用「量子」當單位。

5.      能量的形式非常多種，質量是其中一種形式，移動速率也是，另外之前氣體實驗觀察到的壓力、體積、溫度都是能量的表現。但是無論能量的表現差距多大，它們都是由能量的最小單位「量子」所構成。

6.      物理學家把能量看成一種粒子，也就是一種物質。這讓「熱能」也能應用德謨克利德的想法去分析。

7.      德謨克利德認為：物質的世界是由「空間」與「粒子」所構成的。同樣地，一個空間中的能量，是由「空間」與「量子」所構成的。

8.      量子另外還有一個面向：「波」。「波」說明量子在三度空間中按照慣性規則運動，例如，粒子在空間中的移動「旋轉中前進」，或原子模型中的「電子圍繞原子核公轉」。

9.      Maxwell-Boltzmann’s distribution law，是把測量到的氣體能量總數，切割成量子數量，然後用量子的數量比例，來反映氣體粒子的數量比例。如下圖

注：特別注意，在氣體分子動力理論中，理想氣體的分子被設定為彼此之間並沒有引力。

10.  James C. Maxwell和Ludwig E. Boltzmann這二位數學家把容器中氣體粒子的運動，轉換成量子來計算各種速率的粒子數量比例，他們認為粒子的運動可分解為二部分：1.促使量子旋轉的「質量」，與2.代表粒子直線前進力量的「速率」。

徐弘毅 2.8.2010