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电子不停绕原子核旋转,为什么不会落到原子核上?

 我是天选小丑 2019-06-20

我们已经知道了,这个世界现在已知的有4种相互作用力存在,即引力、电磁力、强力、弱力。

引力是我们最常见的力,凡有质量的物体都受这种力的约束。引力和惯性实际上也就是质量的根本属性,质量与引力和惯性同在,而引力实际上就是一种惯性力。

电磁力充斥着我们的生活,什么摩擦力、弹力、机械力都属于电磁作用力的范畴,事实上,电磁作用力和引力一样,主要表现在宏观现象。

强力和弱力都是描述微观现象的力。强力是核力,主要是原子核质子中子之间的作用力,是世界上最强的力,也是作用极短的一种力,只在10^-10m~10^-15m的距离才起作用,只管把原子核粘在一起,谁要分开它们,没几把刷子就别做梦了。

只有两个方法可以把原子核拆开,一个高温,一个高压。这个高温可不是一般的高,至少几百上千万度吧;高压也不是一般的高,太阳中心压力达到3000亿个海平面大气压,才能够维持太阳中心源源不断的核聚变。

弱力管得更短,比强力还短,但力度比引力要大,只作用于电子、夸克、中微子等基本粒子,并制约着放射性现象,在β衰变中起重要作用,对光子、引子等玻色子不起作用。

从四种力中,似乎没有管理原子核和电子之间的力。有人说是引力,有人说是电磁力,都很难完美的解释它们之间的关系。

原子的模型经历了四个阶段,即道尔顿模型、汤姆逊模型、卢瑟福模型、玻尔模型核泡利不相容原理。

最早道尔顿提出了原子时物质最小不可分割的实心球体模型;

后来汤姆逊发现原子由原子核核电子组成的布丁模型,这个理论认为原子核就像一个西瓜,电子就像镶嵌分布在西瓜肉里面的瓜子;

再后来卢瑟福提出了行星模型,认为原子由一个中心占主要质量的原子核,外面电子围绕着旋转的系统组成,电子获得能量就跃迁,失去能量就降到低能轨道;

后来发现如果一直这样下去,电子会不断的丧失能量,电子不可能一直得到能量补充,终将跌落到原子核,这个世界将不复存在。于是波尔提出了电子能量放出是一份一份量子态的,不到一个整份就不会发出,而且电子在各自轨道运行,没有外力不会损失能量,这样可以达到永远平衡。

再后来海森堡提出了电子云原子模型,认为微观粒子具有波粒二象性的基本特征,电子绕核运动会形成一个带负电荷的云团,具有在一个确定时空坐标与动量不能同时测准的性质。

泡利不相容原理又进一步明确了电子不同能级轨道最多只能容纳两个电子,而且自旋方向必须相反。

由此,原子模型理论越来越趋于现代量子力学的范畴。

那么到底是什么力量约束着电子和原子核这种关系呢?还是没有一个明确的答案。

有人说是库仑力,库仑力本来就是电磁相互作用力的范围,电子带负电,原子核带正电本来正负相吸,会被吸到一起去,但它们一直分的很开,以至于一个原子主要质量在原子核,而原子体积却比原子核几千亿倍。是什么力支撑着它不垮塌呢?

最终时空通讯还是认为,原子核与电子之间的约束力还是电磁相互作用力。由于电子与原子核分别带有的负电荷与正电荷,它们彼此之间会以电磁力相互吸引,使得电子移动于环绕着原子核的原子轨道,与原子核共同组成原子。而电子则带有与生俱来的能量,有着脱离原子核的趋势,以摆脱相互之间的正负吸引力,并取得一个平衡,当原子受到外力时,才会使原子失去或者得到额外的电子,是原子处于离子态。

玻尔模型合理的解释了电子不会掉落到原子核的原因,主要是由于电子并不是一直都在释放能量,而是不能达到整份释放时,就会一直保持运行的轨道。

电子与原子核的这种关系不管是行星模型还是电子云模型,其受得相互作用力性质是一样的,只不过在量子理论中,电子在自己能级的轨道上下左右的位置和动量具有不确定性,所以呈现出电子云状态而已。

在极端的温度和压力下,电子会脱离原子核成为自由电子,原子核会发生融合,这就是核聚变;压力极高,比如中子星,电子被压进了原子核,与质子中和为中子,整个星球就变成一个由中子组成的大原子核。

关于原子核与电子运行的关系还处于深化研究中,所以现在的一些理论并不能完全说清楚,时空通讯的解释自己也不甚满意,只是尽力想说的清楚些。要更清晰明白还需等待今后科学界有新的研究发现,自己学习后再来与大家分享。

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