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電子圍繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng),它的動(dòng)力是怎么來的?能量是如何產(chǎn)生的?

 dyrchjiu 2018-12-13

因?yàn)殡娮訅焊蜎]有圍繞原子核運(yùn)動(dòng),所以也就不需要任何動(dòng)力。

電子繞著原子核旋轉(zhuǎn),這個(gè)對(duì)原子的描述是完全錯(cuò)誤的!人的肉眼是看不到原子的,所以自然就需要猜測(cè)原子內(nèi)部到底是個(gè)什么結(jié)構(gòu)。所以在以前物理學(xué)沒有現(xiàn)在這么完善的時(shí)候,有一兩個(gè)人猜錯(cuò)了也不奇怪。以前的人還認(rèn)為地球是平的,太陽繞著地球轉(zhuǎn)呢。

這個(gè)錯(cuò)誤的模型是1911年盧瑟福提出的,當(dāng)他發(fā)現(xiàn)原子的質(zhì)量大部分都分布于原子中心,也就是存在原子核的時(shí)候,就想當(dāng)然的提出了'核外電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的'的盧瑟福模型。


錯(cuò)誤的盧瑟福模型

這個(gè)模型是一個(gè)完全沒有經(jīng)過深思熟慮的模型,具有嚴(yán)重的錯(cuò)誤和漏洞,當(dāng)年盧瑟福提出來以后就受到了嚴(yán)重的質(zhì)疑! 拿今天的話說就是被噴慘了!

你的問題就是一個(gè)當(dāng)時(shí)典型的質(zhì)疑:

1 電子為什么不會(huì)掉到原子核上去?

2 如果電子旋轉(zhuǎn),就一定會(huì)發(fā)射電磁波,那么為什么觀測(cè)不到任何電磁波?

這些質(zhì)疑盧瑟福根本解釋不了,其他人也解釋不了,所以很顯然,這個(gè)和事實(shí)完全不相符的模型根本就是錯(cuò)誤的!

不明白為什么這么一個(gè)嚴(yán)重錯(cuò)誤和不符合實(shí)際的模型這么深入心? 大概是大多數(shù)聽完老師講盧瑟福模型就去玩手機(jī)或者開小差了吧。聽課要認(rèn)真,小朋友,不然就會(huì)鬧笑話?

所以重要的事情再重復(fù)三遍

電子并不是圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的,盧瑟福模型不正確

電子并不是圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的,盧瑟福模型不正確

電子并不是圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的,盧瑟福模型不正確

那么正確的應(yīng)該是怎么樣的?電子究竟應(yīng)該是以什么形式存在原子當(dāng)中。

現(xiàn)代正確的電子分布模型應(yīng)該是這樣的,電子在原子核外一定的空間做高速運(yùn)動(dòng),但是軌道是隨機(jī)的,人類根本無法觀測(cè)到任何準(zhǔn)確的電子軌道。也就是說電子有可能出現(xiàn)在原子周圍的任何地方,這個(gè)就叫做電子云。

黑點(diǎn)代表電子可能出現(xiàn)的位置。

氫原子不同軌道的電子云照片。

要注意一點(diǎn),上圖中并不是電子做圓周運(yùn)動(dòng)形成的云霧,而且原子可能出現(xiàn)的位置。因?yàn)檎掌潭ㄅ南碌碾娮拥奈恢?,就永遠(yuǎn)不可能知道電子的運(yùn)動(dòng)情況了。

總之電子就是在原子核周圍做隨機(jī)的勻速直線運(yùn)動(dòng),隨機(jī)出現(xiàn)在原子核周圍,并且不同能量的電子,出現(xiàn)的概率不同。我們可以用薛定諤方程來描述電子的運(yùn)動(dòng)。不同的能量,可以得到不同的波函數(shù)解。

說到這里,大多數(shù)人肯定還是會(huì)非常困惑。對(duì)這個(gè)模型有一大堆疑問。因?yàn)橐胝嬲睦斫怆娮舆\(yùn)動(dòng)的模型,就必須理解波函數(shù),理解量子力學(xué)。這個(gè)需要一定的背景只是。可能這個(gè)也是很多人不知道電子云模型的原因。

有興趣的朋友,可以繼續(xù)往下看,我盡量常識(shí)不用數(shù)學(xué)知識(shí),向大家解釋一下電子分布的模型。

第一 電子的軌跡為什么會(huì)是隨機(jī)的?

這是很多人都具有的疑問。這是因?yàn)椋覀儨y(cè)量,或者觀測(cè)電子位置的時(shí)候,就已經(jīng)破壞了電子的運(yùn)動(dòng)軌跡,因?yàn)槿魏斡^測(cè)都必須對(duì)電子產(chǎn)生干擾。這就是量子力學(xué)中最核心的測(cè)不準(zhǔn)原理。

比如說吧,你是一個(gè)盲聾人,這時(shí)候你旁邊有一個(gè)到處彈跳亂飛的彈力球,現(xiàn)在想讓你描述這個(gè)小球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),你該怎么做呢?

你唯一能對(duì)小球的操作,就是抓住他。但是你一旦抓住小球,小球是怎么運(yùn)動(dòng)的你就不知道了。怎么辦呢,你只有先抓住小球,然后記錄下小球的位置,然后扔出去再抓住。這樣慢慢的你就可以畫出一副小球再房間里可能出現(xiàn)的點(diǎn)。這個(gè)就相當(dāng)于電子云。但是你完全不可能知道小球之前是怎么彈跳的。

第二 那么電子為什么會(huì)這個(gè)樣子,為什么會(huì)分布在原子核周圍。

我們知道牛頓第一定律,任何不受外力的物體,只有可能處于靜止或者迅速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。電子也不例外。

很顯然電子在原子核外不是靜止的,那么理論上電子應(yīng)該要么被原子核吸引過去,和原子核碰撞,要么就應(yīng)該越過原子核飛走啊。為什么會(huì)在原子核周圍隨機(jī)運(yùn)動(dòng)?

這是因?yàn)椋婵諏?shí)際上時(shí)刻都存在一種叫做真空漲落的現(xiàn)象。 也就是說,真空中并不是什么都沒有,而是在非常短的時(shí)間內(nèi),會(huì)生成電子和反電子對(duì),這個(gè)電子與反電子對(duì)又會(huì)立即湮滅,形成能量。這個(gè)過程非常短,所以宏觀看上去什么都沒發(fā)生過。

那么,當(dāng)把一個(gè)原子核放在真空中時(shí),帶正電的原子核會(huì)吸收光子,對(duì)周周圍的真空激發(fā),形成了大量的正電子,負(fù)電子對(duì)。這些正負(fù)電子對(duì)又會(huì)迅速生成光子。存在與原子核周圍的這些正負(fù)電子對(duì)和光子,就是靜電場(chǎng)。

當(dāng)一個(gè)電子進(jìn)入這片區(qū)域時(shí)(原子捕獲電子),電子會(huì)和正電子湮滅形成新的光子。而這個(gè)時(shí)候,原本平衡的正負(fù)電子對(duì),就多出來了一個(gè)電子。這個(gè)電子又會(huì)和別的正電子湮滅。這個(gè)過程會(huì)在原子核周圍不斷重復(fù)。

這就是電子為什么如鬼魅一般在原子核周圍隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的原因。

以上內(nèi)容就是量子電動(dòng)力學(xué)的核心思想。當(dāng)時(shí),實(shí)際情況要比上面的情況復(fù)雜的多,可以作為一門專門的課程了。

量子電動(dòng)力學(xué)的原子模型,是目前唯一一個(gè)最靠譜,最完善的模型。能解釋所有有關(guān)原子的現(xiàn)象,目前沒有發(fā)現(xiàn)任何違反量子電動(dòng)力學(xué)的現(xiàn)象。這應(yīng)該就是最接近真實(shí)的理論了。

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