原子核带正电,电子微信色情小故事带负电,为何电子没有坠落到原子核上?

来源:荆州市融媒体中心 发布时间: 2025-08-15 07:32:57

这个问题实际上并不十分严密,我们可以更精确地说:“在通常情况下,电子并不会撞上原子核。”假使有适宜的前提条件,电子确实有可能被吸入原子核,但此过程需要从外界输入能量,而且是巨大的能量。



关于电子与原子核的关联,实则错综复杂,下文将尽可能以浅显易懂的方式进行阐述。

关于原子的模型,早在19世纪末到20世纪初,就有不少科研人员提出过电子最终将坠入原子核的观点。其中不乏像汤姆逊与卢瑟福这样声名显赫的科学家。他们的这一观点与当时的电磁理论紧密相连。麦克斯韦提出了著名的方程组,将电和磁统一起来,并预言了电磁波的存在。而后,赫兹通过实验证实了这一预言。



在麦克斯韦的电磁理论框架内,电子被认为会不断地辐射出电磁波,逐渐丧失其能量,导致其轨道不断降低,直至最终与原子核相撞。

因此,汤姆逊提出,原子的形态应该如同一枚枣糕,上面缀满了电子。在这个模型中,电子在原子内部均匀分布。

卢瑟福作为汤姆逊的学生,希望验证导师的理论是否成立,便进行了著名的α粒子散射实验。α粒子本质上是由两个质子和两个中子组成的氦核。他用α粒子作为“子弹”,轰击金箔以洞察原子核的内部机理。

基于汤姆逊的模型,原子内部应是密度均匀的,故α粒子穿过时应呈均匀的散射角度。但实验结果却出人意料:



大部分α粒子轻松通过了金箔,仅有少数发生强烈偏转。这表明了:

原子内部绝大部分空间是空的,原子核的体积微小,α粒子在撞击到原子核后才会出现极大的偏转角度。因此,卢瑟福据此提出了他著名的原子行星模型。



这个模型与我们在中学学习的模型非常相似,电子像行星环绕太阳一样围绕原子核旋转。原子核体积虽小,但几乎集中了原子的全部质量。然而,行星模型一经提出,便受到了不少科学家的质疑。因为它基于麦克斯韦的电磁理论,意味着电子最终仍会落入原子核,还原为枣糕模型。



后来,卢瑟福的弟子波尔提出了新的原子模型。这个模型告诉我们,电子遵循固定的轨道运行,通常不会释放电磁波。



仅当电子发生能级跃迁时,才会放出特定份量的能量,形成电磁波,以保持稳定。波尔的模型与太阳系非常相似,因此受到了当时许多科学家的青睐。但是,这一模型对氢原子有效,对其他元素,特别是那些原子序数较大的元素,误差则非常大。

紧接着,波尔的学生海森堡提出了著名的不确定性原理。他提出电子并不像波尔所述的那样遵循确定的轨道运行,而应通过“电子云”来描述其行为,电子的位置具有不确定性,甚至连电子自身也无法确定自己的位置,我们只能通过概率来对其进行描述。



不确定性原理还指出,电子的位置和动量不能同时被精确测量,且观测行为本身会影响电子的运动状态。



之后,泡利提出了著名的泡利不相容原理,该原理表明两个完全相同的费米子(电子即为其中之一)不可能处于同一量子态。



换言之,同一原子轨道中的两个电子必定拥有相反的自旋方向。泡利不相容原理的提出,使我们得以用量子力学来解释元素周期表的规律。

电子实际上是有可能坠入原子核的。为什么原子最外层轨道只有两个电子,而氦原子需要换行?



结合泡利不相容原理和海森堡的不确定性原理,我们可以推断出一种称为电子简并力的作用力,它确保两个电子不能微信色情小故事占据同一量子态,换句话说,每个轨道上的电子数目不能超过两个,电子简并力可以说是物质可压缩性的极限,它确保了电子不会与原子核相撞。然而,在大型天体发生超新星爆炸后,可能会出现两种情况:形成中子星或黑洞。

如果电子简并力都无法抵抗自身的引力,以至于电子落入原子核,此时原子核内的质子转化为中子和电子中微子,就形成了中子星。

上述结论是基于海森堡不确定性原理和泡利不相容原理得出的,实际观测结果与理论相吻合。



进一步地,我们还可以从能量的角度探讨中子、质子和电子之间的关系。中子和质子并非基本粒子,它们由三个夸克构成,可以进一步分解。



然而,构成中子和质子的夸克类型有所不同,导致两者的质量不同。

根据爱因斯坦的相对论,质量和能量是可以互换的,这意味着中子的能量高于质子。不仅如此,即使加上电子的质量,中子的质量也高于质子和电子的质量总和,也就是说,中子的能量高于质子和电子的总能量。而能量总是倾向于从高到低的流动,这就像水流向低处一样。因此,在自然状态下,孤立的中子会在约15分钟内转变成质子和电子,并释放出能量。



即便是在原子核内部,也会发生类似的转变,即我们所说的衰变。

换言之,在自然条件下,质子和电子难以转变成中子,除非有能量的输入才能实现这一过程。

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