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電子從哪裏獲得圍繞原子核無限運動的能量?

2024-10-22科學

咱就從遠處說起吧。電子啊,那可是個基本粒子呢。它有那麽些個外部的特性,內部特性是一點沒有。它可不是由啥「物質」組成的,它就是它自個兒。電子有品質、帶電荷,還有磁偶極矩。這一切早就被測量好,也都記下來了。

電子身上帶著負電荷呢,就被正電荷給吸引住了。原子核是帶正電的,這麽一來啊,原子核就好比是個阱,電子是能掉進這個阱裏頭去的。

這系統就跟行星系統差不離,在這個系統裏呢,重力勢被靜電勢阱給替換掉了。這麽一來啊,大夥就尋思著,電子繞著原子核轉的樣兒,肯定和行星繞恒星轉的樣兒是一樣的。可這兒有個麻煩事兒。軌域這東西啊,是一種一直在加速的狀態,按照電磁學的說法,加速的電子是會放射線能量的,那就應該打著旋兒掉進原子核裏去才對。但它沒這麽幹。

【這種情況成為量子力學出現的原因之一】

量子力學裏啊,物質有個基本內容,就是能用波函式來描述它。這就代表著所有物質,它們行事都跟波似的,還能自己跟自己搗鼓出幹擾呢。就這麽一幹擾啊,好多電子的「軌域」就沒了。這些電子「軌域」本來是有那麽一系列的,能量一級比一級高,不過呢,能量也就只能是某些個離散的值。

所以啊,那些跟原子核湊一塊兒的電子呢,就只能待在某些被允許的能態裏頭。這些能態啊,還跟角動量之類的其他玩意兒有關系呢。

電子啊,它能靠著吸收或者發射光子這種能量形式,在能階之間來個離散的量子躍遷呢。為啥呢?因為能階是離散的呀,所以光子的能量也就跟著被吸收或者發射嘍。

【為什麽電子沒有放射線出所有的能量並塌陷到孔的底部?】

這是咋回事呢?有個最小能量,這是被允許存在的。要是比這個能量還低啊,那就沒別的狀態嘍。

巧了,最低能態呢,主要在原子核裏頭待著,可又不光在原子核裏頭,還往外伸了伸。這最低能態可不是啥軌域啊,它就是能量最低能到啥樣的一種狀態,跟角動量沒一點兒關系。電子的那個機率雲啊,大多集中在原子核裏,不過電子品質小得可憐,就這麽著擴散到原子核外邊去了。電子為啥是這種分布狀態呢?嘿,這都是海森堡測不準原理給鬧的。

嘿,可不得了嘍,打這往後啊,事兒變得更麻煩了。電子這玩意兒還有個特性呢,這特性跟它的磁矩有關系,名字就叫自旋。

在量子力學裏啊,有這麽個規矩。啥規矩呢?就是不管啥粒子,只要它的自旋不是整數,就沒法處在相同的狀態裏。就好比自旋是1/2的電子吧,它就不能處於相同的量子態。這就叫包立不相容原理呢。這原理可老重要了,為啥呢?因為它能解釋原子那雲似的結構啊。原子為啥穩定,還以某些個方式行事呢?就是包立原理搗的鬼。這麽看啊,原子結構就好比是電子的一個容器。

自由電子啊,就這麽被原子核的勢阱給逮住嘍。這說明啥呢?說明這自由電子啊,能量多得都過剩了。它打一開始就有多余的能量,那要想形成穩定的原子啊,就得把能量給丟掉些才行呢。等那些低一點的原子態都被電子填滿了,這電子就不再往外丟能量了,原子也就穩定嘍。所以啊,這些電子就在物理學能允許的範圍裏,盡可能緊緊地挨著原子核待著,就跟圍著個寶貝似的。

這世界的好多事兒啊,原本都能解釋得挺明白的。可只要再加上一種力,就是重力,嘿,那事兒可就變得麻煩嘍。

在那種極端重力的情況下啊,穩定的原子能被壓縮得老厲害了,厲害到啥程度呢?電子都能跟原子核互動起來了,這麽一互動啊,質子就把電子給抓住了,然後就形成中子嘍。

有這麽些個物體,名字叫做中子星,其實呢,就是老大一團中子。要是再給它加點兒東西,嘿,就變成固體誇克物質了。啥東西能把這些中子星攏在一塊兒,不讓重力把它們整散架呢?就靠包立原理啦。要是哪天這個原理不管用了,那這些物體就得塌縮成黑洞,這時候啊,咱就啥也說不出嘍。

原子在能量這塊挺穩當的,咋個穩當法呢?就是它能在能量不增不減的情況下一直存在著。可話又說回來,咱們得靠量子理論才能把瞅見的那些事兒都給解釋清楚嘍。

想從經典直覺那塊兒來弄懂量子力學,門兒都沒有。電子可不是一個球繞著另一個球轉的那種球,它是個量子玩意兒,在原子裏待著的時候才能得到最小能量呢。