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为什么电子绕着原子核走一圈,为什么它们不直接落在原子核里?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-11-19 21:22:42

我要告诉你的事情可能听起来很荒谬。

但你已经问了一个有太多错误假设的问题,甚至对于“经典物理学”也是如此。

所以我不只是给你"经典物理"的答案,而是给你"高级物理"的答案。
  1. 在经典物理学中,我们可以看到,为什么国际空间站没有落在地球上,为什么地球没有落在太阳上,为什么太阳没有落在银河中心,是因为所谓的“角动量”守恒。
  2. 国际空间站的“动能”(运动)能量是相对于地球的,也是角动量的一个积分。相对于地球。为了落入地球,空间站将不得不失去一些能量。
  3. 这是老的礼炮号空间站坠落到地球时我们看到的。大部分在大气中烧掉了。剩余的能量被海洋或碎片落入的陆地吸收。
显然,国际空间站迟早也会掉到地球上,所以我们可以看到角动量,和动能相关的动量,并不总是守恒的。在轨道上发生的事情是,即使在空间站在轨道上的高度,也会有一些“大气阻力”在空间站上,还有其他的东西会倾向于减少动能,使稳定的轨道变得不可持续。

但是电子并不是真正地像木星的卫星那样“绕着”原子核旋转。

事实上,现在所发生的一切完全不同于月球以动态(移动)的方式与它所环绕的行星联系在一起时的情况。

对于卫星和行星,两者之间的吸引力是由于引力。对于电子和原子核,引力是由于静电力。

它们真的是非常不同。

首先,除非我们讨论的是氢原子,否则一个原子中会有不止一个电子。

电子互相“排斥”。木星的卫星互相吸引。

其次,我们准确地知道月球的路径。我们不“期望”一个月亮在同一时间“定位”在一个以上的地方,或者两个月亮在同一时间出现在同一个地方。

然而,两个卫星可以有相同的动能在同一时间,在不同的“地方”。

这和原子核上的电子完全不同。

被电子束缚意味着两件事。

就像卫星被束缚在行星上一样,我们把束缚电子的所有运动和能量都与它所束缚的原子核联系起来。

但这也意味着我们建立了一个“地方”,“光子”从那里来,又到那里去。光子是一种电磁能量的“粒子”——我所说的“粒子”只是指在它被创造和被解决的“地方”有一个固定的能量值。

“重力”并不“必须”有一个等价的粒子。

现在来回答你的问题。

有时电子在物理上位于原子核内。这是因为电子可以拥有许多不同的能量“状态”,而原子核就是“基态”。

但我们需要记住,电子确实是“一直在运动”的东西,因为它不断地被原子核中带正电荷的质子所产生的静电力加速。电子永远不可能真正“在原子核里”那么长时间。

为了理解这是如何运作的,让我们假设地球轨道上的太阳现在有乒乓球那么大,地球现在有罂粟籽那么大,但两者的质量是一样的。地球可能然后理论上假设一些非常“极端”的轨道太阳,它可以在几米之内的太阳,但它在哪里移动如此之快在其最接近太阳的引力将无法转移从持续,很极端,但仍然稳定,椭圆轨道。

另一部分解释是,仅仅由于电子在轨道上的能量高于基态,原子的温度就会大于绝对零度。

换句话说,我们有一个束缚系统,其中束缚的电子可以假设很多不同的能量状态,包括基态,在很短的一段时间内。但如果它的温度高于绝对零度,“平均状态”就会高得多。

这就是为什么我们甚至不能说轨道是“圆形的”。电子有两种性质。波和粒子。

作为一种“波”,我们不需要把被束缚的电子看作是围绕原子核旋转的“粒子”。我们可以把它们看作是“驻波”,其中束缚电子的角能等于波能。电子确实可以以特定的状态处于任何“物理位置”。

这是物理学中一个非常重要的概念——“不确定原理”。我们越精确地知道电子在任何时候的“状态”,我们就越不精确地知道电子的“位置”。

问题是有太多的人,当他们第一次了解这个原理时,认为这是一个测量或观察的问题。

它不是。这个原理经常与一个相关的概念混淆,即测量或观察在哪里影响测量或观察。

从历史上看,不确定度原理与物理学中的一种相关效应相混淆,这种效应称为观察者效应,它指出某些系统的测量不能不影响系统,也就是说,不改变系统中的某些东西。海森堡利用这种量子水平上的观察者效应(见下文)作为量子不确定性的物理“解释”。

然而,自那以后,人们越来越清楚地认识到,不确定性原理是所有类波系统的固有特性,它出现在量子力学中仅仅是因为所有量子物体的物质波性质。

现在,希望你不会再认为这是荒谬的。

如果你想考虑电子和原子核,那么请把它们想象成围绕着原子核的电子云或电子海,就像棉絮一样。

尽量不要把原子电子的“轨道”看作是“驻波”,它既可以吸收入射光子的能量,也可以以光子的形式释放能量。

束缚电子真的可以在任何地方。事实上,一些“我的”电子现在会在你“现在”的地方。

为什么电子绕着原子核走一圈,为什么它们不直接落在原子核里?

正是“自由电子”让我们了解到,当它们被束缚在一个原子上时会发生什么。

我们可以“看到”那个“自由电子”在阴极射线管中的确切位置。

为什么电子绕着原子核走一圈,为什么它们不直接落在原子核里?
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