为什么电子不会撞到原子上?

原子是如何保持在一起的?
2020年6月23日

量子物理学

原子的抽象艺术

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问题

如果电子带负电,而原子中心带正电,而且异性相吸,为什么电子不会撞向原子呢?

回答

我们把这个量子难题交给了剑桥大学化学家Ljiljana Fruk……

Ljiljana -是的。所以,我的意思是,这当然是一个非常有趣的问题,因为你知道,这就是我们想象的,如果我们把一个电子想象成一个带负电的粒子,撞击带正电的原子核。但是我们不能把电子看作传统的经典粒子。它是一个很小的粒子,它不能被看作是一个有确定位置和速度的经典粒子。而是像一团扩散的云,这是由量子物理学定义的。现在,不用深入量子物理,我们也可以说电子的行为像波。当它靠近原子核的时候,它被限制在更小的体积里。为此,我们现在需要应用一个确定性原理,如果你知道电子的位置,如果它被限制在一定的体积里,我们不知道它的动量,或者这个电子的速度,但基本上当电子靠近原子核时,会发生什么,这个电子的波长会变短。波长越短意味着它有更多的能量,电子在原子核周围的某一点上,这些能量足以克服原子核的引力。所以基本上能量,电子的巨大能量,会抵消原子核的吸引力。 And so the electron is going to be diffused as a cloud around the nucleus, but it's never going to fall into it. So basically we need to stop treating or thinking about the electron as a classical particle, which is moving in the circles around the nucleus. But we need to think that there are some quantum physics rules that apply to it.

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