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一個令科學界頭疼了很久的問題:為什麼電子不會墜落到原子核上?
2023/08/10

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原子核與電子共同組成了原子,原子核帶正電荷,電子帶負電荷,電子墜入原子核,這確實是經典物理給出的結果。這是因為電子繞原子核旋轉,電子肯定有向心加速度。根據電磁學,加速運動的電荷輻射電磁波,同時軌道半徑減小,直至墜入原子核。然而,真實世界中原子結構是極其穩定的,這說明經典物理不適用于原子內部的物理過程。科學家也沒有給出電子不被吸入進原子核的具體原因,只是定義了軌道和量子等,強制定義電子只能「吸」到不同的能級軌道。例如玻爾引入了新的原子模型,用于解釋原子的穩定性。

不過玻爾提出的原子模型是由光譜得出的,只適用于氫原子,連氦原子都不行!這充分說明這個理論客觀存在的局限性,根本無法完美解釋這種客觀現象,用這個原子模型只會把自己套死。

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在經典圖景中,電子的位置與動量是確定的,因此可以用經典軌道來形容其運行狀態,這就是玻爾模型的圖景,確定的電子在確定的軌道上運行。而在量子圖景中,電子不可同時確定位置與動量,具有不確定性。因此,無法用經典軌道來形容電子的運動軌跡。取而代之的是電子云模型,其中電子就像捉摸不定的云。

這個模型中,相異的「軌道」事實上形容的是電子云的形態。這些「軌道」由幾個量子數(主量子數、角量子數、磁量子數、自旋量子數)來描述,而不是經典軌道的半徑和速度等物理量。這正是經典力學和量子力學對電子運動描述的迥異之處。在此基礎上,原子的穩定性,源于以下三個原因。

第一,電子并沒有「運轉」,它只是「彌漫」在距離原子核幾個固定距離的空間里。

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所以并不向外輻射電磁波。至于為什麼是這幾個特定的空間或者說「軌道」?因為空間也不是連續的、可無限細分的,它有一個最小的細分單位。也就是說,存在一個「最小距離」,空間距離要麼是0,要麼就是普朗克距離的整數倍。于是小到一個原子的尺度,空間的不連續性導致了電子「軌道」的形成。

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