分子、原子的运动有多剧烈？ 第1页

说道下固体吧

以下只做粗略估算

这是一块无序合金

实际上固体中的原子都在其平衡位置附近做往复运动

做简正模分解后，运动变得规则了

像这样

这是计算的某种金属的 phonon DOS

声子频率可以达到10 THz，我们把原子振动看做谐振子的话，这个谐振子在一秒钟会振动10 000 000 000 000次。

原子振动频率这么高，那原子的振动速度有多大呢

下面简单估算下原子速度量级

根据能量均分定理，我们知道

振动动能

得到大概在0.1~10m/s这个量级，相比于电子热运动速度（10^5 m/s量级），慢如龟速。即便慢如龟速，但考虑到原子的尺度，原子在它的热运动速度下平移，一秒钟仍然能闪移十亿个身位。

一般固体原子间距大多在2~5埃（1埃=0.1纳米= 10^-10 米），根据林德曼判据（固体中原子热运动振幅达到大约0.1个原子最近邻距离发生熔化） ，可以粗略估计固体中原子的振幅大概在0.01埃这个量级。当然，如果考虑扩散的话，固体中原子的位移就大很多了。

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@Luyao Zou 已经给出了原子运动速度的计算过程和数据了，我来给个更直观的例子吧。

采用基于量子力学的第一性原理方法，我模拟了一条1纳米宽裂纹中氢原子/分子的运动，并将结果放慢十万亿倍后做成了动画。

别看视频足足有40秒，现实中，以下过程都发生在0.000000000004秒内。

换句话说，真实的原子运动，比这个动画要快上十万亿倍！

动画的模拟温度为300K（大约27摄氏度），灰色的是金属原子，白色的是氢原子/分子。黑框盒子是个周期性边界，原子跑到盒子外时会从另一边的相应位置回来，并不是消失不见了。