这个问题确实是没有系统学习量子力学之前很困惑的一点。我们就简单的来说下吧!
为什么会认为电子会掉入原子核?其实这个问题不仅仅是题主困惑,连一百多年前的物理学家就是这么认为的。 的原子模型枣糕模型就是这样。
卢瑟福的散射实验证明原子里面其实绝大多数地方都是空的。电子离原子核挺远。人们才开始意识到电子不会坠入原子核!
但为什么呢?因为经典电磁学理论告诉我们带电粒子有加速度时会释放出电磁波。那么在电子不断地释放出电磁波,必然会不断地损失能量,使得轨道越来越低,直到掉入原子核呀?
按照这个理论想,还确实是一回事。但是正是这些用经典理论无法解释的现象才促使物理新大门的打开。
其实量子力学告诉我们:原子并不能像宏观物体一样可以释放任意小份的电磁能量。原子能够释放的能量是分立的一些值,这叫能量量子化。电子只能处在一些特定的“能级”上。所以哪怕电子带电且做着加速运动,如果将要释放的电磁能量的值不是正好等于两个能级的能量差的话,这个电磁辐射就会被禁止。所以电子可以在离原子核较远的轨道稳定运动。
真的无法掉下去吗?看完前面你应该会想原来如此,但是我想说:稍等稍等,我要装逼了!!!
量子力学解释了为什么电子不会掉进原子核中,但是它也告诉我们事实无 ,电子也可以掉入原子核中(除过中子星巨大引力的那种情况),只要超过相对论电子简并压就行了。掉进去碰上质子变成中子跟电子中微子。
如果有兴趣的话可以去了解下电子简并压,但是友情提示 物理基础知识比较扎实。
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题主第二句,应该是“原子核带正电",原子对外不显正负电,只有在电离状态下,对外显正电,属于失去核外电子的离子态。电子为什么没有掉进原子核?早期科学界曾经认为原子就如缩小的太阳系,电子绕原子核旋转,跟行星绕太阳运转差不多,随着核作用力和量子力学研究的深入,人们才认识到原子跟太阳系的引力作用还是有区别的。磁力和引力的共性,是它们的力场都产生于宏观物质和微观物质的螺旋旋涡运动,星系产生于星云的扁平螺旋旋涡里,科学家也称电子为电子云雾,说它们都是旋涡体系,是符合物质宇宙构造宏观和微观物质个体规律的,太阳系的引力平衡态,与原子的能量磁力平衡态,从力学原理上讲,还是没有本质区别的,量子的能量包,其一份一份性,就是螺旋旋涡的周期性,螺旋运动都是满一个周期,才能进入下一个周期,螺旋结构物质的周期性,决定了量子整体份量,就像螺旋圆周运动不会以二分之一三分之一进入下一个周期,能量子也不会以几分之几释放,而是以波包的形式存在,波就是螺旋的变形形式,分析这些,讲的都是微观宏观的共同之处,科学家追求大统一,应从宇宙物质的螺旋运动和螺旋结构去考虑,电子的能级跟行星的轨道有何异同,是可以搞清楚的。一点浅见,欢迎阅者雅正!
这个问题可以有很多种解释,其中行星模型再结合量子力学的电子概率云模型就可以很好地解释了。但是今天我们再讨论一种新颖的解释方法:核力
我们都知道,原子核中的中子和质子之所以可以稳定地结合在一起而没有分开,就是因为核力的存在。核力它是一种短程力,属于强相互作用力,比引力要强10^35倍以上,比库伦力也强的多。它的作用范围仅在约1.5*10^-15m内。核力在大于0.8*10^-15m时表现为吸引力,且随距离增大而减小,超过1.5*10^-15m时,核力急速下降几乎消失;而在距离小于0.8*10^-15m时,核力表现为斥力。核力与电荷属性无关、且存在饱和性。
知道了核力的性质,我们就讨论一下电子为何不掉入原子核中。因为电子虽然具有一定的动能,但是这种动能还是太小,即便是加上电子和质子之间的库仑力,都不足以克服核力能垒使电子进入原子核。当然,如果压力足够大,比如超新星爆炸时,核心的巨大压力就可以给电子足够的力克服核力能垒,从而直接把电子压入原子核然后再和质子结合形成中子。
但是,在我们正常的物质组成中,我们根本就无法给出如此大的压力,故而电子也没有足够能量克服核力能垒进入原子核。
本题可转为“亚原子的自组织机制”,这是一个大课题,涉及多科目的物理学原理,需要物理新思维与新视野。自组织机制有六个视角:
亚原子自组织机制的框架:①真空场介质,②物态的层次,③形式的本质,④差异与运动,⑤扩散与碰撞,⑥引力与斥力。一,真空场介质,是一切存在的本源。1.值得反思的五个问题:
①一望无际的太空,排除各种天体、宇宙尘埃、等离子体、电磁波,剩余的是无处不在的真空场,不是 虚无吧?那究竟有何特性?
②一束高频电磁波,从恒星辐射出来,经历极其漫长的深太空,会不断衰减降频,如果没有遇到障碍,最终化解成什么形式呢?不是真空场介质么?
③研究表明,真空场有能量。真空场分别在——质子内空间(0.1fm)、原子内空间(0.1nm)、地球大气层(1千km)、地球辐射带(10万km)、遥远深太空(亿km)——的能密分布,应该截然不同吧?
④你抓住一个玻璃杯,皮肤与玻璃之间,各自所含的电子,不是直接接触吧?那是什么在接触呢?
⑤陶瓷涂敷的青花釉,可以解释为特定染料的原子光谱,你摸到的是真空还是光子?蓝色光子不是特定能密的真空介质么?
2.“真空以太”可修正为“真空场介质”
多年前麦克斯韦等人秉持的以太理念,不是空穴来风,技术局限而未能实证,迈克尔逊莫雷实验,只证明不存在“以太风”,随之而来的是彻底否定真空场介质,后果很严重。
真空场的定义:真空场(简称场)是承载角动量或作用力的制衡熵增加的引力场。
场量子的定义:场介质的量子,叫场量子或引力子。不同能密的场量子,统称玻色子,诸如:介子、胶子、光子。
场量子,可抽象为球形漩涡子,有自旋、体积、有质量、有能量。
场与亚原子或费米子一样,场量子以光速自旋。 能态的场量子,叫基态场量子。
3.场物质有“构造-承载-制衡”三特征
构造性:压缩一个特定体积的空间,即在不同的高压高温封闭系统,把若干引力子收缩到不同的密度,可以得到:光子、介子、胶子、中微子、电子、质子。
反过来,在不同的低压低温开放系统,例如,光子可以衰变、降频、最终消散为引力子。
承载性:自旋的电子,辐射自旋角动量,激发大量场量子,做径向有序的推涌,即电磁波,被激发的场量子集团,就是光子。换句话说:光子是承载角动量的场量子集团。
制衡性:根据熵增加或浓度扩散原理,自旋亚原子,总要辐射自旋势能Ep=mc2。这种固有的发散性(离心力),必然受到真空收敛性(引力场)的制衡,形成一种动态抗衡。否则,亚原子就会耗尽势能而失去自我。
二,场物质密度,决定不同层次的物态。亚原子,尤其是电子与核子,是极其稳定的超高密度的超微体积的漩涡子。亚原子的外空间,有制衡性的较高能密的场介质。
固态物质的较高密度,是因为亚原子的分布密度较大,熵较小。所接触的界面,是电子附近的较高能密的场介质。
液态物质的较低密度,是因为亚原子的分布密度较小,熵较大。所接触的界面,是电子附近的较低能密的场介质。
气态物质的更低密度,是因为亚原子的分布密度更小,熵更大。所接触的界面,是电子附近的更低能密的场介质。
等离子体的很低密度,是因为亚原子的分布密度很小,熵很大,是因为亚原子的分布密度很小。所接触的界面,是电子与质子附近的很低能密的场介质。
微波背景的极低密度,是因为亚原子全部衰变为基态场量子,熵 。此时,我们接触的是场量子本身。
三,粒子光速自旋,是自我存在形式的根源。宇宙万物的存在形式,取决于各自内空间的亚原子的分布密度,亚原子是可探测的。有亚原子存在的物质,叫有形物质(visiblematter)。
场物质的亚原子分布密度为零,没有可直接探测的具体存在形式。无亚原子存在的物质,叫无形物质(invisiblematter),也叫暗物质(darkmatter)。
亚原子,可能千奇百怪,但都以光速自旋,就必然是漩涡体,按照微积分思维法则,就可以抽象为准质点的漩涡球。
唯有在光速自旋之超高能的条件下,亚原子才可能成就自我的独立存在形式,进而获得自身的固有的自旋势能Ep=mc2与相应固有质量m。
亚原子的自我存在形式,决定质量是永恒不变。化学变化但亚原子不变,则质量守恒。
场量子,无法测得可能形态。但根据电子能级效应,可赋予场量子是光速自旋的漩涡体,这是定量分析的先决条件。
场量子有能量与有能密,就一定有对应的质量与体积。可自洽解释一些困惑:核子=费米子+玻色子。中子=质子+电子+中微子+场量子。
质量亏损,忽视玻色子质量,不是一个科学命题。质量守恒定律属于 性原理。
电子与质子各有自我空间,若没有场物质的制衡或隔开,听凭电磁力贴在一起,就会破坏赖以生存的光速自旋,电子与质子将不复存在。
四,物质分布差异性是物质运动的根本动力。关于 推动力,从亚里士多德到牛顿到谁谁,苦苦追寻了数千年。宇宙爆胀论与上帝创世论并无二致。
问为什么运动是 的?就要问运动的原因。物质不是封闭的,必受环境影响,差异性分布是 的。有差异,就一定有熵增加、浓度扩散、干涉、摩擦、碰撞。
基本粒子的自旋结构,其转动惯量的分布,也是不均衡的。赤道两极截然不同,轴向就会倾斜,就会旋进、进动、岁差、绕旋、漂移。
电子自旋会引起电子漂移与进动,电子与质子间的库伦力,迫使漂移变成绕轨。电子的漂移也会抵制质子对电子的吸附。
五,熵增性扩散与熵减性碰撞是相辅相成的。有差异性,就有浓度扩散运动,就会使物质分散、分解、发散、消散,趋向一种最无序震荡与最均匀分布的状态,这就是封闭系统的熵增加原理,适用于“准封闭”的太阳系模型。
但是物系不可能不受外界影响。在熵增加发散的同时,无序震荡的亚原子与场量子都可能相互干涉与碰撞,康普顿效应是不可避免的。
即便是用1个电子撞击1个质子,也未必一定使它们结合在一起变成1个中子。
因为电子与质子极其稳定,界面的场物质,有强大的抗衡机制。正负电子绝不会轻而易举发生湮灭反应。
六,熵增减原理,可演绎万有引斥力定律由于浓度扩散,光速自旋的亚原子,总要发散自身的自旋势能,沿着切线方向形成势能梯度:F=▽×Ep=mc2/r,这是亚原子固有的斥力,也叫离心力或惯性力。
附近的真空吸引力同时制衡亚原子离心力。越是靠近亚原子的南北两极,真空引力场越强。
类比:高速自旋的电风扇,其轴向附近有真空引力场。把一张纸条放在附近,会被吸进去。高速飞行的机翼上方附近,会产生强大的真空引力场,把几百吨飞机拉上去。
自旋电子与自旋质子的轴向附近,也会有相应的真空引力场,以维持自身的独立存在。
小结:不考虑超高温与超高压的外来影响,核外电子不可能吸引到原子核上。这涉及场介质的抗衡机制。而光速自旋是粒子自组织机制的核心要素。
来源:科学认识论
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