電子帶負電,原子核帶正電,為什麼電子不墜入原子核?
探索
01-31
電子是可以飛向原子核與質子中和的,只是一般物質受量子力學約束,電子只能保持在一定軌道上,沒有足夠能量飛向原子核而已。
在經典的原子模型中,電子圍繞原子核繞行,由帶負電荷的電子和帶正電荷的質子間庫侖力提供向心力,但是這個模型有很多缺點。
比如在電磁學中,電子繞核運動會向外輻射電磁波,從而損失能量,使得電子墜入原子核,理論計算整個過程就是一瞬間,原子不可能穩定存在,這顯然和事實不相符合。
在上世紀初,發展起來的量子力學解決了這個問題,量子力學的電子云模型描述,電子並非像行星繞太陽那樣圍繞原子核運轉,而是以一定概率瀰漫在原子核周圍,並在當前軌道附近出現的概率最大。
原子之所以不墜入原子核,可以由不確定性原理來解釋,如果把電子限制在原子核內,那麼電子的位置不確定度將會非常小,會造成電子的動量不確定度增大,電子海森堡速度的增大,使得電子能掙脫原子核的束縛。
更加深刻的解釋,需要用到泡利不相容原理,比如在白矮星中,由於泡利不相容原理,使得電子不會墜入原子核,由電子簡併壓力抵抗萬有引力(電子簡併壓力本質上就是泡利不相容原理導致的)。
但是科學家發現,由於宇宙最高速度是光速,泡利不相容原理提供的電子簡併壓力也是存在極限的,一旦萬有引力超過了這個極限,白矮星中的核外電子就會墜入原子核,與質子中和成中子,白矮星也將演化為中子星。
所以,電子一般情況不墜入原子核,是因為還沒有達到墜入原子核的條件而已。
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