原子核帶正電電子帶負電,電子爲何沒有墜落到原子核上?

>我們都知道,電子帶負電,原子核帶正電,按照正負電相互吸引的原則,電子應該會墜落到原子核上,但事實上並沒有,爲什麼?

簡單講,我們不能用宏觀世界的思維方式去衡量微觀世界,也就是說,宏觀世界的經典力學到了微觀世界就不適用了。

微觀世界有自己的一套物理定律。

按照海森堡不確定性原理,我們無法同時確定微觀粒子的位置和速度(動量)。測量到的粒子位置越精確,它的速度就越不精確。

如果電子墜落到了原子核上,就意味着電子的位置和速度就可以同時準確測量到,顯然這違反了不確定性原理。

微觀粒子的不確定性,用公式表達就是ΔxΔp≥h/4π。

公式中h是普朗克常數,Δx是微觀粒子的位置不確定量,Δp是微觀粒子的動量不確定量,兩者的乘積必須不小於一個常數,這個常數非常小,但無論多小都比零要大。

微觀世界爲什麼擁有如此規律?

目前我們不得而知,我們只知道存在這樣的規律,不知其中更深層的原因。

還有,很多人會認爲電子與原子核的關係就像地球與太陽的關係那樣,實際上兩者相差很大。

嚴格來講,電子並不是圍繞原子核運轉,而是以概率雲的方式隨機出現的原子核外圍,出現在不同的能級軌道上,電子只能在不同的能級軌道之前來回躍遷。

內層軌道能量更小,外層軌道能量大。如果電子吸收特定量的能量(也就是光子),就會從內層軌道躍遷到外層軌道。反之,如果電子向外輻射出特定量的能量,就會躍遷到內層軌道。

吸收或者輻射的能量必須正好是不同能級的能級差,電子才能發生躍遷,否則就不會躍遷。說白了,電子必須嚴格地在不同的能級上來回躍遷,而不能位於不同能級之間的位置。

這也是爲什麼電子不會墜落到原子核上面的原因之一。

當然,也並不是說電子一定不會墜入到原子核上面,只要施加給電子足夠大的能量,的確可以墜落到原子核上。

這就牽扯到泡利不相容原理了,這個原理表明,不允許兩個或者兩個以上的微觀粒子處在完全相同的狀態,如果兩個粒子在外力作用下試圖處於這樣的狀態,就會產生一種壓力來抵抗外力,這就是電子簡併壓。

而如果外力足夠強大,電子簡併壓也抵抗不了,最終電子墜落到原子核上,與質子結合成中子,這就是中子星的形成方式!