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这个问题其实不太严谨 , 并不是说电子一定不会坠落到原子核上 , 而是正常情况下 , 电子是不会坠落到原子核上的 , 否则原子也太不稳定了 。 不过如果条件合适的话 , 电子也是可以坠落到原子核上的 , 但需要很大的能量输入才行 。
下面通俗地讲解一下为什么会这样 。
首先来说说科学家们研究的原子模型 , 其中卢瑟福的“行星模型”很具有代表性 , 他通过α粒子散射实验表明原子内部大部分空间都是空的 , 原子核在中心只占了很少一部分 , 而更小的电子围绕原子核旋转 , 就像地球围绕太阳旋转那样 。
不过根据麦克斯韦的电磁学理论 , 电子在运动的过程中会不断释放电磁波 , 进而损失能量 , 轨道就会变得越来越低 , 最终坠落到原子核上 , 但事实上这并没有发生 。
之后卢瑟福的学生 , 波尔提出了新的原子模型:电子都拥有自己固定的轨道 , 多数时候是不会辐射电磁波的 , 只有发生电子跃迁时 , 才会辐射电磁波(或者吸收电磁波) , 这样电子就能保持稳定运行 。 而且电子跃迁的能量并不是连续的 , 必须是一份一份的 。
不过波尔的电子跃迁理论也有缺陷 , 运用在氢原子还可以 , 当元素越来越大 , 误差就会变得非常离谱了 。
接下来波尔的学生海森堡登场了 , 他提出了著名的不确定性原理:电子并没有固定的轨道 , 它的位置是随机的 , 只能用概率来描述 , 这也是电子云的由来 。
不确定性原理表明 , 我们无法同时测量电子准确的位置和速度 , 观测行为也会影响到电子的状态 。
【电子带负电原子核带正电,电子为何没有坠落到原子核上?】再后来 , 著名物理学家泡利提出了泡利不相容原理:两个相同的费米子(也就是基本粒子 , 比如电子就是费米子)不能处于相同的量子状态 , 通俗理解就是相同位置 。
泡利不相容原理表明 , 存在着一种叫做电子简并压的力量 , 这种力量可以确保两个电子不同同时处于相同的量子状态 , 也就是相同的轨道 , 每个轨道上的电子数量不能超过两个 , 这样也就能确保电子不会坠落到原子核上 。
通常来讲 , 电子简并压是物体可以被压缩的极限 。 不过这种极限在一些特殊情况下也是可以被打破的 , 比如说超新星爆发 。
超新星爆发的能量是巨大的 , 大到足以打破电子简并压的极限 , 让电子坠落到原子核上与质子结合形成中子 , 这也是中子星的由来 , 如果能量更大 , 甚至可能形成黑洞!
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