電子繞著原子核旋轉,那麼電子與原子核之間巨大的空間裡有什麼?

禪者zen

很多人會有誤區,認為電子和原子核可以類比成是太陽和圍繞太陽運動的行星的關係,其實這是完全錯誤的,宏觀世界中我們認為地球和太陽之間是真空的宇宙,宏觀世界依靠物質間的間隔來保證彼此獨立,但微觀世界遵從的是不確定的波函數關係。以前初中科學課本上老師講過原子的結構,我們都以為原子的結構是下圖中這樣的。

但實際上,這只是方便我們去理解,電子並不是在固定軌道上運動的,電子是以不確定的電子雲方式出現的,就像下圖中這樣。

而我們千萬不要從空間的角度去思考電子和原子核之間的關係,我們應該從概率的角度去思考這個問題,電子和原子核之間存在的其實還是電子。因為在微觀世界中原子核外一定範圍內任何空間都有可能存在電子,他們具體在什麼位置實際上是不確定的,出現的位置是一個概率問題,而不是已經確定的事情,所以我們可以認為電子是充滿了整個原子核外的空間的。但我想了下題主所想表達的意思也有可能是電子和原子核之間除了電子還有什麼?目前大多數科學家認為電子和原子核之間存在旋渦狀的磁場。


科學薛定諤的貓

基本的回答是:還是電子。就像周星馳電影《武狀元蘇乞兒》裡的臺詞:

蘇察哈爾燦:乞丐中的霸主?那是什麼?

洪日慶:還是乞丐。

言歸正傳。你之所以覺得電子和原子核之間有巨大的空間,是因為實驗上至今都沒有發現電子有不為零的半徑(所有的這類實驗,都測不出電子半徑的下限),也就是說,對於電子的標準描述,仍然是一個半徑為零的幾何點。

一個原子的尺度在10的-10次方米的量級,一個原子核的尺度在10的-15次方米的量級,因此原子核的體積只佔原子體積的10的15次方分之一,即一千萬億分之一。在這個意義上,原子的絕大部分空間都是空著的。

原子模型

但是,如果你認為電子就像個檯球,在某個時刻必然有個確定的位置,那就錯了。這樣的想法,必然導致跟實驗矛盾的預測。

為了跟實驗一致,現在對電子的標準描述是這樣:電子的狀態由一個函數ψ(讀作“psi”)描述,這個函數稱為電子的波函數,它的自變量是空間座標xyz。對於空間每一個點(x, y, z),波函數在這點的取值的絕對值的平方,即|ψ(x, y, z)|^2,就等於電子出現在這一點的幾率。

看到這種描述的微妙之處了嗎?電子有幾率出現在任何位置。不過,在整個空間找到電子的幾率必然是100%,因為這裡描述的就是一個電子,所以|ψ(x, y, z)|^2對整個空間積分之後必然等於1。

一旦你做一個位置測量,在某個位置找到了電子,那麼你找到的就是一個電子,而不是半個電子、1/3個電子或者|ψ(x, y, z)|^2個電子。因此,電子仍然是個粒子,但它的分佈幾率是彌散在整個空間的。

回到原題。你最好不要認為電子在某個時刻是一個點,留下了原子的大片空白區域。合理的看法是,電子彌散成了“電子雲”,佔滿了整個空間(因此原子也沒有明確的界限,只是在所謂原子半徑外找到電子的幾率很小而已)。只有在你對電子測量位置的時候,才能把它的位置確定下來。


袁嵐峰

施鬱

(復旦大學物理學系教授)

題主的思路是按照經典物理的思路,以為電子繞著原子核旋轉就類似行星繞著太陽轉。

電子與原子核要服從量子力學,電子在原子核周圍所有的位置都有一定的概率出現。在不受環境干擾的情況下,電子在原子核外有一個連續分佈的波函數,也就是說,在任何位置都有概率出現。這個波函數的模的平方就是幾率,或者說概率。

如果測量電子,它就被發現在某個位置。那麼在這個瞬間, 電子的位置是確定的,在周圍的空間是沒有電子的,什麼也沒有。但是電子的波函數立即按照這個初始條件開始演化。

波函數中有一種特殊的波函數,叫做定態。一旦落在這樣一個波函數上,那麼電子就永遠處在這個波函數上,而且能量保持不變。對應於最低可能的能量的定態叫做基態,這個波函數是球面對稱的。


物理文化與施鬱世界線

電子繞著原子核旋轉,這種原子的行星模型是盧瑟福給的。現在看,這種說法不正確,早已被科學界拋棄。但是在中學階段,好像還是講這種說法,畢竟高中階段不需要講太深的知識。

微觀粒子具有波粒二象性,電子能表現出粒子性,也具有波動性。玻爾曾根據行星模型用軌道等概念成功的解釋了氫原子的譜線,但對稍複雜的原子則無能為力。

電子的軌道誰看到了?誰測量到了?沒有人。軌道概念在量子力學中被拋棄,現在是根據電子在某個位置出現的概率繪製出電子雲,電子雲密的地方測量到電子的概率大,疏的地方測量到的概率小。


刁博

1:回答問題前,先來看看原子具有哪些性質;原子是化學反應不可再分的基本微粒,原子雖然在化學反應中不可分割。但在物理狀態中可以分割。原子由原子核和繞核運動的電子組成。一個正原子包含有一個緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。而負原子的原子核帶負電,周圍的負電子帶正電。正原子的原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。負原子原子核中的反質子帶負電,從而使負原子的原子核帶負電。

2:原子核中的力量很大,其中原子核的能量被釋放之後會有相當大的危害。原子核被一種強力束縛在線度為10負15次方米的區域內,由愛因斯坦質能方程可得:原子結合能=(原子核內所有質子、中子的靜止質量和-原子核靜止質量)×光速的平方。可見任何宏觀物質都含有巨大的能量。

3:雖然原子的大部分質量都集中在原子核,但是原子核只佔據原子很小的一部分空間,你所說的這個巨大的空間不是很準確,因為核外電子是按能級排列在原子核外的,由於電子繞核旋轉,就像一個旋轉的帶電物體能夠產生磁場一樣,一個原子就會產生磁場,即磁矩;因此在這些空隙中是充滿磁場的,只不過強弱不一樣。至於更詳細的形成原因,那就得用量子力學來解釋。


零維立方體

主流觀點並不認為電子是圍繞著原子核旋轉的——如同太陽系的行星公轉那般,同時,問題中所謂“巨大的空間”,也是類比我們這個行星恆星系統,的確在太陽與圍繞其公轉的行星之間,是遙遠的距離或巨大的空間。

主流觀點只是認為電子以一種特定的概率模式分佈在原子核的周圍。所謂的電子雲就是一種很形象的表達。

某種程度上,類比宏觀世界的物理現象有助於理解微觀世界的運行機制。考慮到離原子核稍遠一些的電子狀態(激發態、高能級),以及該原子的電子距離原子核較近一些的狀態(基態、或低能級),這兩個狀態相比較的差別是什麼呢?這兩個狀態的差別是多出來一個光子!即電子的能級變化(躍遷)使原子向外發射了一次光輻射(一個光子),一個光子也就是一次電磁波的輻射而已。

那麼,問題來了,問題中的“巨大的空間”,在電子處於不同能級的狀態下,可以理解為該巨大空間由一個較大的(方便的話,說成是)球體,變成了一個相對較小的球體,我就是用初中的數學眼光來審視這個問題,也會發現一個再明顯不過的關係,即一個球殼形狀的空間~~類似雞蛋的殼、葡萄的皮、或者金蟬的蛻殼,變成了一個光子,或者說變成了一次電磁輻射。

力求迴避探討量子力學枯燥艱深的基本理論問題,我們也應該認識到,至少對於原子級別的微觀世界而言,也沒有什麼“巨大的空間”,如果說這個“空間”,指的是真空、即絕對空無一物的空間的話。

簡潔一些的話,我們可以接受場的概念。可以認為是場充盈著那裡的空間,或者說場本身就是空間,空間本身就是場。

回答基本完畢。再探討此場與彼場的差異,或者是相互之間如何轉化的,就超出範圍了。


郭城3點14壹伍玖

原子的內部原子核到電子外層之間並不是空的,它是一個能量空間。它的主要成分就是光子。光子在內部撐起這個空間的能量級別,對原子外面的表現是原子的溫度。



想在這裡面裝入光子,電子等SU2以外的粒子是不可能的。因為它就是物質的“二”空間。



這個空間的大小是由原子外面的溫度和由這個空間裡光子的數量共同決定的。實際上所有物質空間的大小都是由內部和外部的能量共同決定的。包括宇宙的大小。內部大於外部空間膨脹,內部小於外部空間緊縮。

這個空間的主要成分就是光子(電磁波)的成分,既電場和磁場。但是在這個空間電磁場是一個整體。只有其中的磁場有缺失的時候,對外才必須為電場。

所以電子是這個空間的時候,變成磁場,與內部原子核的磁場中和形成不帶電的原子。但是其空間依然是電磁空間。

並且無論光子和電子在這個空間裡都是相對均勻的存在。但是在四維時空則必須以旋轉的存在形式來表現去其能量和時間性質。



電子的電場進入後是磁場形式。而光子進入後電磁場還是電磁場但是是同時改變了電磁性質的電磁場並且以雲的形式存在。也就是“二”空間。它對內聯繫“一”空間,對外聯繫“三”空間。所以SU2的物質是空間的使者。



所以這個空間是與四維時空完全隔離的空間。內部成分就是電磁場。外部的表現就是溫度。溫度也就是該空間的大小。如果把溫度降低到最小,則其大小就接近零。


科學無止境

我自己對原子模型的理解:以H原子為例:一個氫原子,包含氫原子核和一個核外電子。如果把一個氫原子比喻作一個足球場那麼大的立體空間,氫原子的原子核有乒乓球那麼大。有一個質子和一箇中子構成。但卻集中了氫原子幾乎全部的質量。核外有一個電子,大小,比原子核要小得多得多,跟原子核相比無論質量還是體積應該是萬級的差別。這個電子繞著原子核做高速的運轉。我們很容易的擔心,足球場這麼大的一個原子,原子核只有一個乒乓球那麼大,電子更小,那麼屬於原子的這個“巨大”的空間如何支撐?其實一個關鍵的因素是這一個電子在繞著原子核做高速的運轉。它在一個隨機的時刻隨機的處在原子核外屬於原子的這個空間中的某一點。但它本身是在做高速的運轉。這樣形容,如果有一個外來的侵入物,想試圖侵入這個空間,那麼在他剛剛捱到原子的這個範圍的”瞬間“,已經被電子攻擊到了無數次。這樣就很容易理解,氫原子的這個空間,看似空其實不空,很充實。這樣也就很容易理解,宏觀上的固體液體都有體積很難被壓縮的原因。


莫石7

這個其實也很簡單,但是一般人不敢想,也想不到。大家思考一下,我們人類就生活在分子和星球2種大小的粒子之間,我們在地球看其他星球,看太陽和太陽系,跟站在電子上看原子和原子核有什麼區別呢?對上面的生命來說,那就是他們的星球,不同大小的粒子之間層層如此。

我們在地球這麼大的粒子上看地球與太陽之間是空間,在電子看原子核那裡也是空間,而且那裡是一個更廣闊的空間,因為粒子不是單獨存在。同等大小粒子是遍佈一切的,整體構成空間。但是人卻進不去,因為人這個層次的生命就是生活最大分子和星球,這2種粒子的夾縫中,這就是我們人的空間。電子核原子核之間的空間,是它那個層次無限廣大的空間,這才是真正的另外空間。另外空間同時同地存在,都還是通的,但你就是進不去,現在科學也認識不到,也打不開,進入不了。

要想進入另外空間,你的身體結構狀態,你的思維狀態都的得符合另外空間的要求才行。真進入了,你會發現比人這個空間更廣大,人類這個空間其實一點都不大。

至於另外空間裡有什麼?可不是人以為的太陽系裡面這種真空一樣。出了地球,外面也不真空,是由無數更微觀,整體更龐大的物質填充其間,電子和原子核之間也一樣。物質微觀下去是幾乎無限的。往下追查對人來說是看不到底的,宇宙洪微無極。那些迷漫在宇宙中的龐大的物質其實都是活的,都是有思想的,在均衡和控制著宇宙的一切,你做什麼想什麼都在他眼皮子底下,屬於無形的生命,其實對人來說都是神。

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橫行無忌大喵子

這是關於原子核與電子的相互依存關係的微觀現象,原子核由質子或中子構成,質子或中子由三個夸克構成,每個夸克內部各自由一根振動的弦構成,由此可知:質子或中子都是由三根振動的弦構成的,電子呢?電子是一種無內部結構的粒子,所以電子是由單根振動弦枸成的。請大家看看易經的陰爻和陽爻,陰爻就是不動之弦,陽爻就是振動之弦,在易經三維法性空間的八個卦限內只有乾卦是由三根陽爻構成,也就是由三根振動之弦構成,所以,質子為巽宮乾卦,中子為坎宮乾卦,因為震卦由二個陰爻和一個陽爻構成,所以電子為震卦,由此可知:原子核位於三維法性空間的乾卦限位,電子位於三維法性空間的震卦限位,兩者都具有各自的法性空間,是不可能粘在一起的,弦之法性決定了物理現象的存在規則。


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