英雄联盟新英雄虚空女皇教学（英雄联盟和科学）

引言

英雄联盟（LOL）作为一款广为人知的游戏已经走过了九个赛季。

从S2雄霸上路1v5的贾克斯，S3夏季赛双劫之战Faker的丝血反秀，再到S9我们的FPX中单泰坦全场游走gank，屏幕上的这些英雄和这个召唤师峡谷给了我们太多太多（也让我们氪了不少金）。

毫无疑问，LOL建立在一个几乎完全架空的世界观上。

很难想象现实生活中走在路边突然从草丛里跳出来个盖伦或者狮子狗，逃离虎口后又被旁边隐身的提莫一通乱点，等快要升天了被队友玩的时光老头救起来继续挨揍。

其实，LOL里很多设定和英雄的技能都可以拿科学的概念去解释。比如本文要说的虚空之女卡莎和物理上的多光子跃迁。

本文先简要说一点点物理知识，尽可能生动形象，介绍一下多光子过程这个充满劝退意味的概念，然后再说说卡莎是如何成为科学践行者的。

Here we go！

---

电子的跃迁和多光子过程

核外电子是本文的讨论对象

• 能层and能级

能层理论认为孤立原子的任何电子都只能在特定的、分立的轨道上运动。

中学阶段化学提到的L层电子“八电子稳定”正是能层理论的一个实例。

实际上，在这“八电子”能层中还可以细分为四个能级，分别对应了3个哑铃状的2p轨道和1个空心球状的2s轨道。

这四个轨道每个都可以分别安排上两个自旋相反的电子，最后的结果就是（3 1）×2=8电子了。

钠原子核外电子轨道排布

实际上，不仅是“八电子稳定”是这样排布，对于任何一个原子的核外电子都是在分立的轨道上按照一定顺序排列的，这些奇形怪状的轨道足足有几十个。

看看你身边学化学和物理的同学，他们头秃是为了什么

虽然每个原子出身不同，有不同的原子序数，但是在这些轨道眼中，所有的原子是“众生平等”的。

即：对于任何一个原子，这些形状各异的轨道都客观存在。

无论这个原子有几个电子，即便是只有一个核外电子的氢原子，依然存在几十个轨道（叫电子云也行），只不过因为氢只有一个电子，所以只有1s轨道排布上了电子。

3p轨道的电子云模型

那么这些多出去的轨道对氢就毫无卵用了吗？非也非也。

• 激发and跃迁

处于基态的原子中电子确实是老老实实按照构造原理排布的，即能量最低原理＋洪特规则＋泡利不相容原理（高中化学选修有涉及）。

比如氢就先从最底下的1s开始排

但是，这些原子可不像呆若木鸡与LOL为伴的xxx，正相反，它们是一群小机灵鬼，可以吸收光子的能量，会被光子“撩”到激发态。

这时候，空轨道就被利用起来了，接受一位光子爱意的电子知道自己有人喜欢了，它了不起了，它“膨胀”了，它排布到高能量的轨道了，这个过程就是电子受激发后的跃迁。

二能级系统，E1基态，E2激发态，没考虑转动，振动等能级

鉴于中学阶段所学，我们脑袋中对实际能级跃迁的画面想象可能是这样：

然而，上面这个动图里的模型更多地是具有教学意义，是一个很经典的物理模型，实际上能级跃迁更像下图这样，是一个十分十分十分复杂的过程：

s电子振荡跃迁到p（球→哑铃）真的挺辛苦

扯得有点远了，我们继续说最简单的模型：

“投我以木瓜，报之以琼琚，匪报也，永以为好也”，电子也不是个憨批，它们是懂得礼尚往来的。

实际上，处于激发态的原子不稳定，其内部的高能电子有自发回到低能级的趋势，这些电子会把接受的能量重新还给环境，常见的方式就是重新放出一个光子。

电子失去能量重新回到基态，这个过程就是去激发。如果这个光子的波长恰好位于人眼可以识别的范围（400-760nm左右），我们会看到有光。

设计师的暗示：卡莎跃起在高处发光回落地面，激发和去激发，在地上左顾右盼是在等光子来

能级跃迁现象其实是很常见的，烟花五彩斑斓的色彩就是群魔乱舞般激发和去激发造成的视觉效果。

有意思的是，正如每位大学牲对异性的审美不尽相同，不同原子对光子撩它们时用的能量反应也不一样，只有拥有特定能量的光子和电子作用才能保证能级跃迁的发生（其实还需要别的条件，后文称跃迁选律），这很关键。

此图针对的对象是光子，而非右下角的我

• 多光子过程

细心的读者可能发现，上面的陈述都是说一个电子某一时刻接受了一个光子的能量，当这个能量恰好匹配跃迁选律时，电子跃迁到高能级，之后它们又会去激发，放出光子，重新回到基态。

这个过程可以被命名为“单光子跃迁”。

不过，似乎没有规定说电子只能接受一个光子的仰慕。正如一个人可以同时交好几个女朋友或者男朋友，或者好几个男女朋友一起交。

一个电子也可以（几乎）同时吸收多个光子从而完成这一次的跃迁，这就是多光子跃迁。

但是，但是，但是这好几个光子的能量加和必须能恰好匹配电子跃迁的特定能量，是有严格选择的，就算同时交好几个女朋友或者男朋友也不能来者不拒，是吧。

另外，这几个光子送过去的时间不能相隔太久。

比如双光子过程中两个光子的时间间隔一般在十的负十五次方到负十六次方秒之间（后文简称飞秒级），和这个时间相比，Faker的反应速度（106ms左右）慢了整整14-15个数量级。

短时间内同时交多个男朋友或者女朋友的电子才容易心态“膨胀”去跃迁，隔久了其实也没啥好吹的，这个其实也是人之常情。

多说一句，多光子过程，尤其是双光子过程近几年在材料学和生物学大放异彩。简单地说就是因为双光子过程能使用波长更长的光（两个长波长的光子加起来能匹配一个短波长光子的能量），所以能更好地穿透生物组织进行成像或者进行3D打印。

多光子光刻的纳米牛，这是多光子技术第一次被应用于3D打印领域，DOI:10.1038/35089130

---

以上是本文最令人头痛的部分，祝贺您坚持到现在，接下来就是简单而纯粹的快乐。

---

卡莎的电浆有什么讲究

• 为什么A五次才能打爆电浆？

我们先看看卡莎被动技能的描述：

意思就是卡莎的被动技能要求先点4次敌人，第五次就会打出爆炸性伤害，但是叠加电浆要快，它们的停留是有一定时间的，我们再看这个技能释放出来是什么样的视觉效果：

请忽视正常平A也有微弱亮光的事情，不然编不下去了

仔细看第五下电浆打出来后发生了什么，没错，敌方单位它发出了十分明显的光，有一道斜着的彩虹。

可以这样理解，每一次卡莎的平A都会给敌方某处的一个电子注入一个光子，快速地五次平A注入了5个光子（快速是为了保证在飞秒级时间内迅速完成注入）。

如果这五个光子能量相加恰好满足电子的跃迁选律，那么敌军身上的电子可以跃迁到高能级，这个状态不稳定，电子会自发地回到低能级，一个方式就是放出光子。

当光子的波长（可以根据能量计算）恰好落在可见光范围内我们就能用肉眼看到敌方单位身上发光了。

• 为什么电浆打爆会造成很大的伤害？

实际上，在电子从高能级跃迁回低能级时不只有发出光子这一个方式，总不能女生送你剃须刀（此处应有广告插入），你也送人家个剃须刀回礼吧。

激发态的原子回到基态有太多的方式了，之后有机会介绍

举个例子，金属材料的晶体结构中各个原子是在不断振动的，当铁男身上叠加了五层电浆，电子跃迁到高能级后，可以通过把能量传给晶格振动来消耗掉多出来的能量，从而回到基态。

格波

晶格振动的加剧会导致金属大师体内产热加剧，可能对其造成烧伤，因为金属材料导热比较快，打爆电浆后的热量很快会消失，不会造成持续伤害，完成一次多光子过程灼伤一次。

另外，这些电子还可以直接和分子产生作用，如果能量匹配，卡莎打过去的五个光子恰好让共价键断裂产生孤对电子，这个分子就成了自由基，过量自由基是生物走向衰老死亡的重要原因。爆一次电浆，产一堆自由基，造成一次更高的伤害。

自由基就像个强盗

据此，我建议对战卡莎前可以补点抗氧化剂，比如吃几根胡萝卜，对于结合自由基防止自身受伤有好处。比如学学锐雯兔女郎皮肤的胡萝卜武器？

（可能的）下期预告

不得不说，卡莎手上的武器有着不少的秘密，有意思的是，同样出身于虚空的虚空之眼维克兹也能在命中敌人多次时造成爆炸性真实伤害。

这些独特的属性都需要有一个关键的前提：他们必须有单光子发射装置或者自身就是单光子发射源。

单光子问题在现代的学术领域研究地十分火热，量子通讯的关键就是单光子发射源。

一种单光子发射源，DOI: 10.1038/s41467-017-00681-7

下期我们可能将介绍一下虚空之x们和单光子的故事，点关注不迷路，点关注不迷路，点关注不迷路。

喜欢的朋友请帮忙点赞收藏转发，你们的支持是我持续更新本系列的最大动力。

欢迎在评论区留言你想看的英雄，都安排上！（如果我编得出来）

,