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原子结构的某些方面似乎与恒星系统相似,这是一种人为设计的宇宙观吗?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-09-21 09:14:06

太阳系和原子都有一个中心物体,以及受到引力作用的更轻的物体。这是一些简单的相似之处。除此之外,两者之间没有什么共同点。

加速的电荷发射电磁辐射,加速的质量发射引力辐射。太阳系之所以不会坍缩,只是因为它发出的引力辐射太小,在这种情况下无法产生有意义的影响。(两个靠得很近的黑洞最终会因此发生碰撞和合并。)

在20世纪早期,为什么原子中的电子不发射电磁辐射而落入原子核是一个谜。在这种情况下,这是因为量子力学。如果你有一个只有一个电子的原子,它的稳定状态就是电子处于它的最低能态。(如果有两个以上的电子,它们就不会占据所有可能的最低能级——这是另一个量子效应。)电子的作用很像一个小驻波。它相对于原子核的位置是不确定的,这在某种程度上扰乱了许多学习量子力学的人。

最低能态在势能和动能之间形成一种奇特的折中。最低的势能(由于电子和原子核之间的静电吸引)是当电子靠近原子核时。但是,根据海森堡测不准原理,一个被限制在小空间中的电子,其动量有很高的不确定度。这就提高了它的预期动能。另一方面,为了使动能保持较小,又利用海森堡测不准原理使其位置更加不确定,从而增加了预期势能。动能和势能都是不确定的。但是在能量最低的状态,它们是平衡的,所以它们加起来是一个固定的值。

由于量子力学的原因,原子的最低能级是离散的。这意味着如果它处于能量最低的状态,它就会表现得好像你不能推它的电子,把它推到一个更有能量的状态。它要么得到足够的能量进入下一个更高的状态,要么没有。这是一种奇怪的稳定性。如果你熟悉量子力学,你就会发现我需要做出什么样的警告,才能使这成为一个精确的陈述。量子态也不断变化,在量子力学形式主义,但一个国家的意义,从地面略有不同状态被占据的概率,通常是一个一个小的像在另一个国家,而不是一个它就像在一个稍微不同的状态。

19世纪末,数学家亨利·庞加莱因研究太阳系的稳定性而获奖。当时的希望是证明太阳系实际上是稳定的。尽管理论上它是一个混沌系统,但庞加莱的一些结果预示了20世纪的混沌结果。混沌意味着,如果我们用一个不精确的起始位置和起始速度来模拟太阳系,那么模型与现实的差距将会越来越大,直到其大小与两个随机构造的情形的差距差不多。

以水星的轨道为例。在牛顿力学中,如果我们忽略其他行星的影响,它被预测为一个椭圆。广义相对论解释的一个效应是,每当水星绕太阳公转时,椭圆实际上会在空间中移动一点。其他行星的影响很小,但也不是零。它会引起轨道的微小变化。大多数情况下,这些影响相互抵消。

然而,据估计,这些微小的扰动有百分之几的可能会导致水星的轨道最终与地球的轨道相交,并产生碰撞。当然,这是意料之外的。如果它真的发生了,我们会有很多警告。水星的轨道会在很长一段时间内延伸到金星的轨道之外,然后才会成为危险。所涉及的万有引力非常微弱,轨道只能非常缓慢地改变。然而,这些变化叠加起来的可能性并不排除。

太阳系大概遵循量子力学,但如果它的能级是离散的,它们太接近了,我们无法识别它们的离散性。行星的行为就好像它们在任何时候都有明确的位置和明确的动量,达到了我们能够测量它们的极限。它也远没有接近它可能的最低能态。原子通常缺乏发射一个电子的能量。与把一颗行星送出太阳系相比,太阳系有足够的动能;但这样做的可能性很小。一个具有足够能量的原子通常非常快地喷射出一个电子,要么将能量以光的形式辐射出去,要么用它发射出一个电子。它不会在它的组成部分周围以不同的结构混乱地移动几十亿年。
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