由Cymatic音频流水面驻波想到的氢原子电子云图像
科学可视化2020-04-08 21:00
中国古代的鱼洗，我们小时候就知道，只要用脚或手不断摩擦两边，就能导致盆中的水振动起来。这个是共振现象。
Tobias Fink@wikipedia
水波共振的拍摄是受到抚州摄友郑鹏的影响，他的朋友圈发布了一些非常有意思的图，我觉得非常有意思，也想来尝试拍摄。经过一些不同的尝试，得到不同的结果，比如如下个动图所示：
在白色的灯光下面，一个水面随着声波震动的反射图。
这个是在彩色的灯光下面，圆形的铁的容器内，水面在声波驱动下共振的图案。
方形的容器里面水波在声音的驱动下振动的图案。
方形的容器里面水波在声音的驱动下振动的图案。
在一个圆形的容器里面，下面声波驱动，得到一个稳定的状态的图案。是不是很神奇，同样你在利用不同的频率发生器和振幅的作用下可以得到很多不同的图案 如下图所示。
上图是我尝试拍摄的不同频率下面的共振图案，看起来像古代建筑的穹顶。
这些拍摄让我想到了量化的结果，不同的振幅对应的是不同的能量的振动，调整音频的大小就是改变这些波的能量，改变频率以对应特定的波的能量就能得到稳定的共振图形。而这个能量只能对应这个稳定的结果。如果换其他频率，就不是一个稳定状态。所以对应特定的频率，你就有一个特定的能量，这样你可以得到一个稳定的结果。这些现象不就和量子力学里面的原子外的电子波函数一样吗？我们再来看看氢原子外层的电子在不同能级的时候波函数的图形。
氢原子波函数 By PoorLeno @wikipedia
上图是氢原子的外层电子云在不同的能级和轨道上的图形。实际上也是波的一种展示（电子波动在原子核外出现的概率统计结果）。电子在不同的能级（能量），给出的一个稳定的波函数图形，这个图形对应一个特殊的波函数，稳定的波函数可以描述其在某个位置的出现的概率。有趣的是，想想这种情况，波动的图形图像是量化的，就如同开关一样，一个频道一个频道的切换，而不是一个连续的图形变化。要么这个状态，要么就是另一个状态。事实发现，原子轨道的能级就是量化的，不是连续的；想想电子在不同的能级状态之间转换，切换的同时他们的波函数的图形也同时发生了变化，是不是很神奇。而这些变化的图案就如同上图中的图案。大家在看到这些图案的同时会觉得很简单很漂亮，但是这些图形图像包含的信息却需要非常多的理论公式在背后。
03:22
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