世界上有两个一样的原子吗？ No.36

 

Q

到医院拍X光片，有专门的铅防护服，能有效防护X射线的危害。请问为什么铅能防辐射，是因为密度大吗？那是不是比铅密度更大的金属如钨、金、铂等防护效果更好呢？

by 国富兵强

A

X射线家族占据了波长从0.01纳米到10纳米的波段，能量从100eV到100000eV，是光谱中相对比较健壮的光，在传播过程中横冲直撞，穿透力强，目前人类发现的能阻挡X射线的方案主要有如下两种：1.光电效应，即原子中一个比较外围的电子把这个X光光子吃掉，这样X光的能量就被电子吸收了，一般来说这个能量足够电子摆脱原子核的束缚，并且以很快的速度飞出去，能量也比入射的X光子低一些。对于能量较低的X光，这个效应占主导，2.康普顿散射，也就是入射的X光光子和自由电子撞在一起，电子被撞飞，而X光的能量也损失掉一部分，并且会改变X光光子的方向，这个效应对于能量较高的光子占主导。由于光电效应对于原子序数较大的元素吸收效果较好，而且在生活中接触到的X光中主要考虑光电效应就好了，因此选用铅这种原子序数（铅为82）较大密度较高而且还没那么贵的材料来防护，这是效果与成本综合考虑的结果，并且原子序数更大的金属可能本身也有辐射。你说的材料中原子序数分别为钨74铂78金79，还是铅更理想。

参考网站：

https://global.britannica.com/technology/radiation-measurement#ref620681Q

世界上没有两片相同的叶子，没有两枚相同的指纹，那存在两个一样的原子（以及其他粒子）么？如果不同，有什么差异呢？

by 叼烟斗的猫

A

在宏观世界，“同类”的事物总可以通过更细致、复杂的结构（比如两片叶子的叶脉）加以区分。但在微观世界，同类的基本粒子则具有完全相同的“内在的”属性（内禀属性）：比如所有的电子都具有相同的电荷、静质量、自旋…，在此之外我们可以认为它们不再具有其他的自由度或更精细的结构，因此我们可以认为同类的基本粒子都是相同的。即使是具有细致结构的同类粒子，例如两个氢原子，我们也可以设想它们的状态完全相同（比如说电子占据相同的轨道…），这样具有完全相同状态的粒子则可以被认为是“一样的”。Q

还是和薛定谔的猫相关的问题。已知观测会导致叠加态的坍缩，那么假设我们打开盒子观测，发现猫还活着(叠加态已经坍缩)，然后再关上盒子，那么此时猫的生死就又回到了叠加态？

by 猫的薛定谔

A

嗯，薛定谔这个名字一定会在猫的历史上留下记载。猫本来好好的，结果被世界人民玩得死去活来，跑题了~~~首先解释一下为什么宏观世界见不到薛定谔猫的态，其实是因为在薛定谔猫这个例子里面，观测并不是在盒子打开的时候发生的，而是在盒子里面的盖革计数器计数的时候就已经发生了（换句话说，猫早就知道自己的死活了）。根据这个解释，盖上盒子猫不会回到又死又活的状态。其实在微观世界里，这也是不会发生的，我们对一个物理量进行观测，这个系统就坍缩到该物理量的本征态，也就是被改变了，就不处于原来的叠加态。不过根据量子力学的原理，某个物理量的本征态可能是其他物理量的叠加态，你的愿望倒是有可能满足。打个比方，我们找到猫的另一个“物理量”进行观测，比如猫有没有尾巴（假设猫是有尾巴和没尾巴的概率叠加）当我们看到猫没有尾巴时，很可能猫就回了又死又活的状态。Q

翻以前的推送看到《黑与白之歌》的转载，为什么置换反应表现出来是被析出的金属（如银）像是树一样生长,还能分叉？不是应该只是在活泼金属（如铜）与溶液接触位置才会发生反应么，看视频倒是像新的银在原来银树的基础上析出，求解(｡ì _ í｡)

by Jeanineeee

A

首先感谢这位读者的对公众号的关注，mua。溶液中的置换反应并不是直接的离子交换。我们知道Cu和Ag都是金属，金属中的价电子是自由运动的，就像空气分子一样，所以叫自由电子气。置换反应可认为包含了两个步骤：第一：Cu原子失去电子变成离子进入溶液，第二，Ag离子从金属中获得电子变成金属单质沉积在金属表面，由于电子是到处乱跑的，这两个过程并不一定发生在同一区域。那么为什么Ag离子会在Ag表面析出而不是Cu的表面呢？这涉及另外一个知识（真是个划算的问题）。当Cu和Ag接触时，由于费米能不同，电子趋向于往Ag方向跑，最后达到费米能相同。就像两桶水高度不同，如果拿管子连起来，水高的会向低的里面流，费米能就是“水面”的概念，只不过，金属里面装的不是水，是电子。Q

现在观测星星主要还是靠望远镜吧，只靠收到的光谱怎么知道天体有多远？这么远收到的光谱不会被污染吗？

by Bingqing

A

从收到的光谱可得到该谱线的红移，1929年哈勃发现，河外星系等遥远天体，其谱线红移z与距离r成正比，关系为  
，其中c为光速，H0为哈勃常数，这就是著名的哈勃关系。由此便可以由光谱得知天体距离地球的距离。但实际上，哈勃关系只有当红移z

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