2018-09-14 01:25:44 佚名

寇亚君

回答这个问题就要祭出普朗克曾经描述这世界说过的一句话了——

世界是不连续的。

确实，原子内部除了中心的原子核，其他空间几乎不存在什么。有人做过一种比喻来形容原子的结构——原子核相当于篮球场中央的一个乒乓球，电子就相当于球场其他地方乱跳的豌豆，这相当于原子内部空间近乎真空。

上图是原子经典力学里的模型，这种模型实际上来讲比例也不对，也和真实的原子结构有很大区别，比如所谓的电子轨道是不存在的，这只是我们为了在解决某些低层次问题的方便。

实际上，题主问题的另一个表达可以是——绕原子核旋转的电子为什么没有坠向原子核，实现原子的坍缩呢？

这问题和"世界是不连续的"的这种哲理式的陈述有什么关系？且听我慢慢讲来。

实际上，题主的困惑也是100多年前一群物理学家的疑问，他们都是那个时代智慧的代表。这一问可不得了，它直接催生了现代物理学的一大支柱——量子力学。

对于这个问题，普通大众直观的理解就是很疑惑——这近乎中空的结构，没什么支撑也不塌？这很现实，很宏观，也确实，

没有人能觉得自家的房子没了柱子横梁还能立着！

但实际的微观世界和宏观世界有相似的地方，也有很多不同的地方。

比如我们这里的原子坍缩问题能参考的则是更宏观，和原子结构模型更相似的太阳系模型，而不是自家没了顶梁柱的房子能不能住的问题。

确实，100多年前的卢瑟福就是凭借原子模型和太阳系模型的相似而成为第一个站出来解释的人——他认为原子和太阳系一样，太阳通过引力吸引着各大行星，行星们为了不撞向太阳，就得以一定的速度绕太阳公转，只要速度合适，行星们就能稳定下来，不会撞向太阳。

同样的，原子核和电子的电磁力也可以比作太阳和行星作用的引力，所以电子的稳定也是因为它绕原子核的高速运动，当离心力和吸引力平衡了电子也就不会撞向原子核，实现原子的坍缩。

但问题的关键是电子和地球不一样的是，电子绕核运动因为做变速运动时，作为电荷的本身就会产生变化的电流，然后又是产生变化的磁场，于是电磁波就出来了，这辐射出的电磁波能量相对于电子原来有的是占了很大比重的！

即便是圆周运动也属于物理上的变速运动，何况电子按照经典模型研究也不是严格意义上圆周运动。另外，地球的公转实际上也在辐射和电磁波类似的引力波，但量太少，对实际的地球轨道影响不大，电子不一样，本身个头就小。

于是，卢瑟福说的全是扯淡，必须重新找新的理论来解释为什么电子不撞向原子核！于是量子力学开始初现雏形，登上历史的舞台。

量子力学不懂不要紧，我们只要知道它给我们描述的真实世界最基本的思想就是

原子辐射的能量是一份一份的，而不是普遍人们认为的连续，这样的理论就是普朗克那句陈述句的哲理式表达。

那么，为什么能量的不连续能解决原子不坍缩的问题？

在量子力学里，电子在原子内部辐射一份一份能量的过程称为量子跃迁。量子跃迁之所以能进行，关键在于电子辐射能量恰好等于能级的差值。

如果这个值没有相对应的能级差，这种电磁辐射是被绝对禁止的。

在能级里，有一个叫做基态的能级，它是电子最稳定的轨道，也是最接近原子核的轨道。这里的电子不会再相外辐射能量，跃迁到更低的能级，这就是原子不坍缩的关键原因。

在基态的电子，只能接受辐射又跃迁到更高的轨道。

挡不住的熵增

在19世纪末，大多数科学家都已经认同了原子的存在，但人们对原子内部结构的认识是从汤姆孙的枣糕模型，卢瑟福核式结构一步步进行的。卢瑟福的的埃尔法粒子散射实验首次证明了原子内部的空旷，原子的大小是内部原子核的10000倍。

英国剑桥大学卡文迪许实验室的

汤姆孙是第一个发现电子的物理学家，有了电子这个比原子还要小的基本粒子，汤姆孙试图构建一个原子的模型，他认为原子内部充满着大质量的正电荷物质，而带有负电的电子就像蛋糕上的葡萄干一样散布在里面。这就是所谓的枣糕模型。

然而他的学生卢瑟福在放射性的研究中取得很大的进展，掌握了阿尔法射线技术。卢瑟福实验室的盖革和马斯顿利用一束阿尔法粒子对极薄的金箔进行轰击，考虑到汤姆孙的枣糕模型，通过金箔撞击在屏幕上的阿尔法粒子只会有小角度的偏转。

然而实验的结果令人卢瑟福等大惊，他们发现有少数的阿尔法粒子竟然有大于90度的偏转。唯一的解释只能是原子内部存在着一个体积极小但质量很大的核，这个就是原子核。原子核集中了原子的全部正电荷，和99%以上的质量，而电子都在绕核运动，这就是卢瑟福的行星模型。

那么电子是怎么排列的呢，卢瑟福的学生玻尔提出了原子的玻尔模型，玻尔假设电子在恒定的轨道上运行，不同轨道间可以能级跃迁。但是在固定轨道上绕核运行的电子模型，也存在很多无法解释的问题。

随着量子力学的建立，例如海森堡的不确定原理显示不能同时测定电子的位置及其动量，所以，原子的量子模型只能预测电子在某些特定区域出现的概率。电子出现几率最大的区域称为电子云。核外电子的排布也受泡利不相容原理的限制，每个能级上只能填充有限的电子，其他的就必须填充到更外层，一层层的向外排布。

总之，量子力学的不确定原理和泡利不相容原理限制了电子必须在外层排布，无法靠近原子核，电子如果想靠近原子核需要接受极大的能量才能实现，更不要说掉到原子核上了。这样的量子力学建立的原子模型才保证了原子的稳定性。

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量子实验室

是的，原子内部空间确实挺空旷的，宛如我们的太阳系。原子的大部分质量都集中在原子核处，原子核外是高速绕其运转着的电子。

按理说原子核由质子与中子构成，质子带着正电荷，中子不显电性，那么原子核就应该是带正电荷的，而电子是带着负电荷的，它们应该是互相吸引的啊，最终的结果应该是电子砸向原子核，可是，事实情况是并没有。

起初卢瑟福提出了原子的行星模型，认为原子的结构与咱们的太阳系类似，至于核外电子为什么不砸向原子核，道理与行星为什么不砸向太阳相类似。

行星绕着恒星公转，虽然恒星的引力很大，试图将行星拉过来，但是行星在公转，公转速度又很快，产生的离心力与恒星引力提供的向心力相平衡，那么行星就可以稳定的绕着转了。

起初认为核外电子就像行星一样在围绕着原子核高速运转，但是呢，科学家对氢原子的线状光谱的研究表明了卢瑟福的原子行星模型是不对的。

之后玻尔提出了他的原子模型很好的解释了这个氢原子线状光谱，不断发展的现代量子力学又对玻尔提出的模型进行了完善。说明了电子的运行并不像行星那样有着鲜明的轨道，电子的轨道叫做

能级，核外电子只能在不同的能级上来回“跳”，从低能级跃迁到高能级需要吸收能量，从高能级回到低能级就释放出能量。

另外，电子出现的位置是概率性的，它并不像我们看到的其它物质运动一样有规律，电子有可能出现在原子核核外空间的那一点，或者是那一点，总之，只能表示出电子出现在某个位置的概率大小，所以用电子云模型来描述它。

一枚游戏科幻迷

先破题吧，这实际上是三个问题：

1、原子内部到底是不是真空的？

2、真空是不要坍缩——题主你写的原话是“塌缩”，但一般的科学说法用的是“坍缩”来表示物体缩成一团，我就先帮你改成这个字。

3、如果原子内部是真空的，为什么这个真空没有坍缩。

我们先说第一个问题：

1、原子内部到底是不是真空的？

似乎学过初中和高中物理的朋友今天都会以为原子内部都是真空的，我想主要的理由是当年我们学过的原子内部主要包括电子和原子核，电子质量极小，而原子核虽然质量大，但是原子核体积却非常小，所以会给人以原子内部大多数空间是“空”着的这个概念——然后题主大概是把这个概念与太空中没有空气的真空给弄混了，对了，顺便说一句，真空的定义是：真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态，是一种物理现象。

而狄拉克于1930年为了摆脱狄拉克方程负能解的困境，提出真空是充满了负能态的电子海。——当然这个我们就不咬文嚼字了，暂且认为题主说的原子内部空间的所谓真空，指的是大多数地方“没有东西”这么个定义吧！

而关于“原子内部到底是不是真空的”这个问题，我们高中物理所学的那些知识怕是不够解释，最近有兴趣了解了一些这些，我简单说一下：

首先，原子内部的结构，很长一段时间，不是我们“看到”的，而是“猜到”的。

因为“看”这个物理动作，首先需要光或者其他东西打到这个被看的物体上，然后反弹到我们眼睛或者某些仪器里，根据返回来的这些光或者其他东西，我们才能“看到”这个东西。——这个很重要，因为在很长一段时间，这是量子力学不确定原理的基础，大家知道就行。

但是原子太小了，几乎没有什么东西可以“看”到，所以人们只能靠碰撞等方式来猜测原子里都有什么——这句话什么意思呢？简单的说就是，我们是把原子里面的东西给“打”出来，通过研究这些被打出来的微粒，然后研究原子内部是什么样子的。（早期）

所以在早期，就有了原子的“枣糕”模型，说电子就像葡萄干一样镶嵌到原子上面的，到后面的轨道模型（说每个原子里的电子都有不同的轨道），包括公转模型等等。

各位，注意，这些模型都是当年的物理学家们猜出来的，这些猜测的模型解释了一些现象，但是也遗害非常，我会先说有用的，再说遗害的。

【有用】的，轨道模型解释了光的形成：当电子从高能级跃迁到低能级放出的能量以光子的形式发出,也就是释放出光子。当然，这些理论中的轨道是固定的，所以这些电子只能以一份一份跃迁来释放光子，只不过后期，从轨道变为能级的说法了。

【遗害】的，最典型的就是这种轨道模型，电子与原子核的尺寸，质量太像地球与太阳的关系，以至于很多“伪民科”想当然的以为原子内部也是像地球围绕太阳公转一样，电子围绕原子核是公转的。可是只要认真学习高二以及大学物理就会知道，这种模型几十年前就被推翻了（当然，每当说到这里的时候，总有人会说科学也不一定是对的，说不定今天推翻的明天又是对的，这个这个，面对这样的思维模式我只能说：你开心就好。）

说远了，我们到今天为止的发现，原子内部的电子其实是“电子云”的方式存在的，如果大家查一下就知道，在微观原子中，哪怕这个原子只有一个电子（比如氢），它里面的电子也是以不同概率出现在这个原子内的任何一个空间的，而在这里面的运行方式，不是我们传统上以为的“轨道”，而是概率。

好了，说到这里，已经可以解释第一个问题了：原子内部是否绝大多数空间是真空（也就是没有东西）的吗？——当然不是，虽然原子内部原子核很小，内部有大量空间，但是这大量空间在任何一个时间，都有概率被这个原子的电子填充，所以不能算“没有东西”。

说到这里大家可能以为我在咬文嚼字，其实并没有：我们说一个地方“空”，指的是我们知道这个地方在一个时间点，或者在一个时间段内没有东西。但是原子核内部的任何一个地方，在某个时间段或者某个时间点来说，都不一定是空的，只能说有“一定概率是空的”（这个概率就是电子没有出现在这个位置的概率），而因为量子力学，这个地方到底空不空我们是无法预知的，换言之，原子内部，除了原子核意外，其它的空间虽然大，却是一个任何时候都有可能有“电子出现概率”的空间，这当然不能称为“绝对的空”。

当然，我知道我这种说法和文字定义，可能很多读者不认同，但我之所以还这么说，是想引起我们思考：微观世界的所谓“空”，与我们宏观世界的定义其实不同。

然后我们再来说第二点：真空是不要坍缩？

这个问题显然是不一定的。

实际上除了地球上的真空会“坍缩”之外，大多数的真空并不会引起坍缩啊？

我们想想，地球到月球直接的大部分太空是真空（可以近似认为是真空），地球到太阳之间的大部分太空是真空（近似），银河系到另外一个星系之间的大部分太空是真空（近似），可是整个星系，太阳系，太阳和月亮之间并没有坍缩到一起啊？——有人会说这不是废话吗？因为星球都在运动啊！

如果认为只要是真空就会坍缩，大概是题主只拿地球上的例子来想了吧——这是不是又是一种拿常识当真理的迷思呢？

而真实情况是，大多数的坍缩不是因为“真空”，而是因为有东西：我们知道某些恒星在自己的生命末期，会坍缩成白矮星，甚至黑洞，根本原因就是因为这些恒星的物质太多，质量太大，所以坍缩了，而坍缩的原因，恰恰是因为这些恒星内部无法产生足够多的斥力来抵消引力，才最终坍缩的。

好，所以我们知道了，不论物体内部是否是“真空”，一个物体是否“坍缩”的因素有两个，第一，是否有内部斥力，第二是否在运动。

那我们看一看原子内部这个“真空”（暂且就跟题主说的一样说他是真空吧），是不是有斥力呢？似乎原子和原子之间是有斥力的，原子核与电子之间似乎没有。是否有运动呢？当然有运动，电子就是不断在运动的啊，所以，这种运动当然会让电子“坍缩”到原子核上。

当然，题主的问题是原子为什么没有坍缩，这个问题还有另外一层含义：为什么一个个原子没有“坍缩”到挤到一起？这自然是原子与原子之间的斥力了。

如此似乎第三个问题：如果原子内部是真空的，为什么这个真空没有坍缩。似乎已经没有必要回答了：由于电子的运动（包括量子力学），保证了单个原子无法坍缩，由于原子之间的斥力及引力，又保证了原子与原子之间不可能坍缩。

但是有一种情况，原子还真的会坍缩的：那就是黑洞。

一个恒星如此之大，在其生命末期，其内部产生的斥力无法抵消掉自身的引力，所以所有的物质最后坍缩到一个点（体积无限小），密度无限大的星体，这就是黑洞——而这种星体，已经不能用原子坍塌来解释了，但至少整个过程中有原子坍塌的过程。

换句话说，原子是可以坍塌的，只要具备对应的条件。

总结一下题主的问题：在大多数情况下，一个原子由于有各种力以及运动的制约，倾向于“不坍塌”，但在某些极端情况下（引力极大等），原子是有机会坍塌的，而这个所谓有机会，一定程度上是因为原子内部有足够多的空间进行坍塌的而造成的。

我是江南沐雨，纵横《众神聊斋》作者。

沐雨纵横众神聊斋

当我们使用一把剪刀剪东西的时候，或者我们用菜刀切菜的时候，我们常常地会这样子地认为：是因为组成剪刀和菜刀的物质密度和质量较大，或者直接地认为是刀具的锋利，使得我们可以轻而易举地将物体剪开或者切开。但是事实上，如果是从原子的层面上来看，这其实是电子之间的斥力将原子给推开了。而我们的世界里面，我们所能够接触到的和看到的、感受到的一切，其实并不是原子，而是围绕着原子核旋转的，原子最外层的电子云的外层等电子状态密度面。

原子是由一个原子核和电子所组成的，原子核外围的电子在原子核的束缚下形成了电子云。虽然原子核的直径大概是10的-15次方米，核外空间都被电子占据着，但是原子核外围的电子在相互作用下，构成了离子键、共价键、氢键等化学键，最终构成了原子晶格。

而我们在这个世界上所感受到的一切，都是电子，我们无法感受到被电子运动所形成的电子云所紧紧包裹着的原子核，假若我们可以直接透过电子云触摸到原子核，那么从我们接触到原子核的那一刻起，核反应也就开始了…

原子之所以不会塌缩的原因在于：原子核内存在着“强相互作用”的强核力，正是这种夸克之间的吸引力，将质子和中子束缚在一起构成原子核。强核力作用于所有质子与中子之间，是目前已知的最强大的力，一万亿万亿万亿倍于重力，该强核力仅仅作用于一毫米的一万亿分之一的范围内，而原子内的电磁力作用距离较长，排斥力弱于强核力的吸引力，因此也就形成了电子不停地围绕着原子核旋转的坚固结构。

拉拉酋长

为什么要坍缩呢？有些人脑海了总有一个固有的思维，认为物质或粒子就要聚在一起或缩成一团。但是有没有思考一下为什么要聚集，它们要聚集内在的动因是什么。其实从根本上就不存在一个令人信服的必须要聚集的动因。有人说四大基本力是原因，但我不这么看。力也许只是一个外在的现象，而不是根源。

笑看风起云涌花谢花开

答：量子力学阻止了原子的进一步坍塌。

在20世纪初，人们建立的原子模型，其中卢瑟福认为原子的质量集中在核心区域，我们称之为原子核，而电子在外面的轨道高速运动。

可是，电磁学指出，运动的电荷必定辐射电磁场，然后电子损失能量后坠入原子核，这与事实不符。

直到卢瑟福的学生玻尔，提出了基于量子力学的氢原子模型，并指出氢原子模型满足的三条规则：

1、原子的核外电子只能以一些固定的能量，存在于核外轨道上运动，这种运动不吸收也不是释放能量。

2、当能量处于最低能级叫做基态，基态吸收能量后电子跃迁且电子未逃离的状态，叫做激发态。

3、电子在不同的能级之间跃迁，会释放或者吸收能量，如果以电磁波的方式发生能量变化，那么电磁波的频率v和能量变化ΔE满足：ΔE=hv。

原子遵守着这三条规则，使得电子不会坠入原子核，因为基态是核外电子的最低能级，不能再降低。

后来量子力学建立不确定性原子，把核外电子描述成“电子云”，电子不再有明确的轨道，其中电子出现在原子核内的概率为零，所以电子不会坠入原子核，如果有多个核外电子，电子的分布遵循着泡利不相容原理。

以上就是原子需要遵循的量子力学规则。

但并不意味着原子不能继续坍塌，如果有足够的力量，量子力学也不能阻止原子继续坍塌，比如超新星爆炸，就有可能强大的引力继续“压碎”原子，使得电子坠入原子核与质子“中和”，形成致密的中子星。

好啦！我的答案就到这里，喜欢我们答案的读者朋友，记得点击关注我们——艾伯史密斯！

艾伯史密斯

这问题问的实在太好了。事实上，为了回答这个问题，物理学家真应该开发一个全新的科学分支。

答案在于量子力学，自20世纪初，科学家们开始发展量子力学。如果你想要完全理解量子力学，那还有很多东西需要学。不过为了简短起见，我们先从这个概念开始说起：原子中的电子所位于的“壳层”，称为能级。能级与原子核的距离是固定的。电子可以从一个能级跃迁到另一个能级，但前提是它们必须吸收或释放出一定的能量。例如，如果一个电子从第1能级跃迁到第2能级，它就必须吸收与之相对应的两级之间的能量差。同样的，电子也可以从第2能级下降到第1能级，不过它必须释放出与之相对应的两级之间的能量差。

所有的电子都趋向于跃迁到最低能级，所以看起来电子似乎会占据所有的第1能级，聚集在原子核附近。不过，每个能级都有自己的最大占用率。第1能级只能容纳2个电子。如果第1能级已经包含了两个电子，那么其他多余的电子就必须进入到第2能级，而第2能级可以容纳8个电子。电子总是会尽可能的跃迁到最低能级，但是它们不会在能级之间塌陷。

这就是所有的电子都不会坍缩到原子核附近的原因了，因为它们根本做不到。它们只能存在于特定的位置，当这些位置满了，而原子又得到了更多的电子，它就必须向外扩张。