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电子带负电原子核带正电,电子为何没有坠落到原子核上?

2022-11-25 21:13:20 2985

摘要:这个问题其实不太严谨,并不是说电子一定不会坠落到原子核上,而是正常情况下,电子是不会坠落到原子核上的,否则原子也太不稳定了。不过如果条件合适的话,电子也是可以坠落到原子核上的,但需要很大的能量输入才行。下面通俗地讲解一下为什么会这样。首先来...

这个问题其实不太严谨,并不是说电子一定不会坠落到原子核上,而是正常情况下,电子是不会坠落到原子核上的,否则原子也太不稳定了。不过如果条件合适的话,电子也是可以坠落到原子核上的,但需要很大的能量输入才行。

下面通俗地讲解一下为什么会这样。

首先来说说科学家们研究的原子模型,其中卢瑟福的“行星模型”很具有代表性,他通过α粒子散射实验表明原子内部大部分空间都是空的,原子核在中心只占了很少一部分,而更小的电子围绕原子核旋转,就像地球围绕太阳旋转那样。

不过根据麦克斯韦的电磁学理论,电子在运动的过程中会不断释放电磁波,进而损失能量,轨道就会变得越来越低,最终坠落到原子核上,但事实上这并没有发生。

之后卢瑟福的学生,波尔提出了新的原子模型:电子都拥有自己固定的轨道,多数时候是不会辐射电磁波的,只有发生电子跃迁时,才会辐射电磁波(或者吸收电磁波),这样电子就能保持稳定运行。而且电子跃迁的能量并不是连续的,必须是一份一份的。

不过波尔的电子跃迁理论也有缺陷,运用在氢原子还可以,当元素越来越大,误差就会变得非常离谱了。

接下来波尔的学生海森堡登场了,他提出了著名的不确定性原理:电子并没有固定的轨道,它的位置是随机的,只能用概率来描述,这也是电子云的由来。

不确定性原理表明,我们无法同时测量电子准确的位置和速度,观测行为也会影响到电子的状态。

再后来,著名物理学家泡利提出了泡利不相容原理:两个相同的费米子(也就是基本粒子,比如电子就是费米子)不能处于相同的量子状态,通俗理解就是相同位置。

泡利不相容原理表明,存在着一种叫做电子简并压的力量,这种力量可以确保两个电子不同同时处于相同的量子状态,也就是相同的轨道,每个轨道上的电子数量不能超过两个,这样也就能确保电子不会坠落到原子核上。

通常来讲,电子简并压是物体可以被压缩的极限。不过这种极限在一些特殊情况下也是可以被打破的,比如说超新星爆发。

超新星爆发的能量是巨大的,大到足以打破电子简并压的极限,让电子坠落到原子核上与质子结合形成中子,这也是中子星的由来,如果能量更大,甚至可能形成黑洞!

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