分子原子內部不停地在高速運動,運動需要的能量來源於哪裡?

終極問題開拓者


分子原子內部不停的在高速運動,運動需要的能量來源於哪裡?

很多朋友對於原子內部的世界還停留在經典的原子內部結構模型裡,認為電子會如行星一樣圍繞中間的恆星公轉!在同一時刻,這顆行星的位置和速度我們都能清楚瞭解,但電子不是,因此這是一個不同於經典力學的世界!

這是經典原子內部結構模型,在這個平面模型中,只能表現電子在某個時刻的位置,但電子並非是一成不變的,即使是其軌道,而且電子圍繞原子和運動的模式並不以傳統的軌道出現,而是以一種鬼魅的方式進行!

這可能是大家想象中的電子運行方式,而事實上可能會大跌眼鏡!

它可能出現在任意位置,隨機性出現,你無法預測它下一個點在哪裡,或者一片電子概率雲來描述也許會更合適一些!

請不要認為這是電子的軌道,這只是表示電子能級跌落時的示意圖,電子在獲得能量躍遷到更高的能級,但這是不是持久的,最終它會釋放一個光子跌落會原先的能級!簡單的理解我們看到的光的源頭都是原子內部的電子能級跌落所發出!

但為什麼電子可以不知疲倦的如此無限的出現在這片概率雲中呢?其實並不是,電子也有累的時,假如您將原子冷卻到絕對零度0K((0K約等於攝氏溫標零下273.15攝氏度)當然這是不可能的,只能無限逼近這個溫度),那麼電子的熱運動將徹底停止,但根據海森堡不確定性原理,即使在絕對零度的條件下,電子仍然是運動的(停止的電子熱運動)!

那麼這個電子運動的能量是哪裡獲得的呢?當然這要追究到138.2億年前從能量轉換為物質時的宇宙暴漲,宇宙中一切的物質都繼承了來自於大爆炸時的能量,這個也許就是宇宙的引力坍縮能,有多大可能就不太好計算了,當然以宇宙物質的總量坍縮為起點的時的引力坍縮能似乎也能計算,但計算的卻是宇宙所有物質坍縮成黑洞的引力結合能......似乎有點歪樓了,但這不是我們討論的重點!重點是,電子的運動來自於宇宙大爆炸......這一點清楚了就行!

當然我們隨著宇宙無限膨脹和逐漸冷卻,也許數千甚至上萬億年後宇宙的溫度會趨向於絕對零度,那時候可能電子也將從大爆炸時繼承的能量絕大部分都將歸還宇宙!此時,宇宙徹底終結!!


星辰大海路上的種花家


這個提問反映了兩個問題。

一是我們仍然習慣於用經驗來考慮問題,“能量從何而來?” 這反映出我們,習慣上仍然是用亞里士多德物理學的思想在考慮運動。亞里士多德認為,有力(能量)才能夠維持物體的運動。但是伽利略和牛頓告訴我們,物體運動是有慣性的,物體可以保持它的運動狀態,不需要外界提供能量,除非要克服外界力運動的阻礙。也就是力是改變物體運動狀態的原因。我們人類的運動需要帶上補給,人是鐵飯是鋼,一頓不吃餓得慌。可是我們不能拿這一點去衡量所有的物體。

二是,當然對於原子分子在內部的高速運動,按照伽利略和牛頓時代的經典物理學來講,運動狀態肯定發生了改變。但是我們也要想到,經典物理學涉及的是宏觀運動,物理學家們正是在研究原子分子這樣微觀運動時,發現在微觀情況下的運動規則和經典物理學是有差異的。

物理學家最初把原子結構看成像太陽系一樣,行星在軌道上繞太陽運動,電子在軌道上圍繞原子核運動。但是根據經典的電磁學,微觀上這樣的運動是難以持久的,因為如此高速的圓周運動會發出強烈的電磁輻射,要不了多久電子就會把自身的能量損失完畢,掉到原子核上去(這跟這個問題確實是一樣的)。所以玻爾提出了“定態”的概念,也就是在微觀上,粒子的能量和運動,跟我們在宏觀上經典物理學看到的狀況是不一樣的。保持定態的運動,不需要提供額外的能量,也不會損失能量。

定態假設成為玻爾發展量子力學的一個基礎,讓我們瞭解不一樣的微觀世界,開拓了量子力學這個20世紀兩大物理學分支之一。實際上,科學家們一直告訴我們,在不同的尺度、能量的層級上,他們的基礎規律應該是一致的,但是表現出來的規則,卻可能差異甚大。有的是複雜性的原因,有的是他們遵守的規則發生了重大變化。解開它們背後隱藏的秘密,正是科學家們數百年來持之以恆探究世界的動力。


松鼠老孫


圖示:宇宙大爆炸之後大約100秒之後,伴隨著空間的膨脹,溫度下降到允許電子這樣的微觀粒子產生出來,當然它是由先期產生的夸克等組合而成的。這個產生電子的過程,同時也是賦予電子能量的過程。伴隨著質子的誕生,質子和電子組合成為原子,至於原子核中的中子也很重要,沒有中子就無法讓多個質子結合在一起了,因為質子帶正電會彼此排斥,而中子則由電子和質子組合而成。當微觀粒子組合成原子的時候,電子圍繞著原子核運動一事就成了困擾經典物理學最重要的問題。

而題主所問的問題,【分子原子內部不停的在高速運動,運動需要的能量來源於哪裡?】在一定程度上,就是一個典型的經典物理學問題。而經典物理學解決不了這個問題,因此發展出量子物理學。

但對原子,體系的不同量子態由電子軌道刻畫,不同的電子軌道具有不同的能量。這句話的意思就是說,電子本身是自帶能量的,這個世界上不存在能量狀態為0的電子。而電子的能量由兩個部分構成,一部分是當它靜止時候的靜止質量與光速平方的乘積,即著名的愛因斯坦質能方程所決定的,而另一部分能量則由其運動質量與靜止質量的差值與光速平方的乘積,因為電子這樣的微小的物體,通常的運動速度都直接用光速作為單位了,比如0.5C諸如此類的。

另外,必須指出的是。微觀粒子不能像想象一個小球那樣去想象電子,電子可能是一個彌散的場,也可能是所謂的弦,還可能是能量的分佈函數等等。如果回到最初,那所有這些微觀粒子的誕生,都來自於大爆炸之後的冷卻過程,我們這整個宇宙的總能量,都來源於那次想象中的大爆炸。對電子軌道的理解和解釋,成就了現代物理學最神秘的分支——量子物理學。電子雲的概念,將幾率和波函數引入物理學中。而電子能夠吸收和釋放能量,從而在不同的軌道中跳躍或者躍遷。

而要進入詭異的量子物理學世界,那得做好充分的思想準備工作。


三思逍遙


大部分答案都是在一本正經胡扯。

先要搞清楚幾個概念:

1、電子圍繞原子核轉動,這裡的“轉”其實只是形象的比喻,實際上是

電子以原子核為中心,在以某種規律做運動,它的軌跡,不一定是圓形。

2、物質都有溫度,溫度是什麼?就是電子雲圍繞原子核運動時的運動

強度,運動強度越大,溫度越高。

3、溫度從哪裡來?不同物質之間會進行熱量傳遞,這種熱量傳遞改變溫度,

也改變電子雲運動的劇烈程度。

4、所以,電子雲不斷運動,是靠溫度傳遞帶來的能量進行維持的,也並非

能一直無消耗運動下闋,當溫度降為絕對零度時,運動就靜止了!


芒果豬的小粉絲



分子是原子構成的,而原子內部是原子核,圍繞著原子核的是核外電子,原子核本身是由質子和中子構成的,質子是由兩個上夸克一個下夸克構成的,中子是由兩個下夸克一個上夸克構成的。

電子圍繞著原子核在不停的運動,但是這種運動是隨機的,也就是說我們不可能知道電子的準確位置,只能用“概率雲”的方法來預測它。我們平常看到的科普圖都把電子圍繞原子核運動描繪成地球繞太陽運動的樣子,但這是不正確的,正確的應該是電子在原子核外任意一點隨機出現,而不是規規矩矩的繞原子核轉圈。


在我們的思維裡,一個物體運動肯定是需要能量的,那麼電子的一直在不停的運動,能量來自哪裡?

電子運動所需要的能量全來自宇宙大爆炸,宇宙大爆炸的能量讓電子得以繞原子核運動。其實宇宙中是不存在靜止的,任何物體都在不斷的運動,構成任何物體的原子和分子也在不聽的運動,而這些運動所需要的能量都來自於138億年前的宇宙大爆炸。

宇宙大爆炸的一瞬間產生了物質,也產生了原子電子等微觀粒子,這些微觀粒子形成了我們現在的宇宙,我們平常說的一個東西“停下了”,其實是因為我們人類的感官不夠敏銳,只看到宏觀世界,看不到構成物體的原子和分子都運動。


宇宙探索未解之迷


我一直都好奇一個問題。原子是由原子核和電子組成的。電子圍繞原子告訴運轉。那麼電子和原子核之間的空間是什麼形態。是真空麼。是無物質形態麼。夸克和夸克之間的空間也是真空麼。真空是不是就是無限小。


哎唷我的小公主



現在已經知道最小的物質是奇子,上邊是奇子組成的轉子和重子,總共五層,每個轉子上最多能有五個自由奇子,再加上黃道上的三個奇子是八個這些自由奇子組成了電子和光子,引力子,波色子等這些奇子可以自由運動,溫度越高奇子運動越快,奇子本身就會運動,應該是奇子運動產生了能量和質量


打個噴嚏嚇死鬼


高手太多,把簡單問題複雜化了!這個問題轉化一下就是:是什麼提供給能量,讓分子原子(物質)維持現有的溫度?

溫度的本質就是分子(原子)運動。溫度,是人用自己的感受器,對分子運動的另一種定義!溫度高和低,都是人對不同能量級別運動的感受。打個比方:我們的眼睛,能直觀的觀察到大物體的運動。耳朵能聽到頻率更高的運動(振動),低頻率的振動眼睛也能看出,高頻率就看不出。同事我們身體的壓力感受器也能感受到,頻率不高的振動(運動),當頻率進一步提高時,就縮小到分子水平,這個時候的運動眼睛看不出來(輻射出來的電磁波能量低,波長長,如紅外線),聽不到(頻率遠大於超聲波),但是我們身體的溫度感受器能感覺的出來,大腦把這種運動翻譯成溫度高低。當振動(運動)頻率進一步提高,會向外輻射更高能量的電磁波(可見光),這是人的眼睛能看到發光。這個電磁波,被其他分子原子吸收後,會提高他自己的運動能量級別。表現為溫度提高。(曬太陽時感覺溫暖,就是我們衣物皮膚吸收的太陽表面分子原子運動輻射出的電磁波(光)。

所以是什麼維持了分子原子的高速運動,是熱傳遞,和電磁輻射。離開這兩項,分子原子運動,會通過熱傳遞,和電磁輻射,向外釋放能量,從而慢慢停止運行,降到絕對零度!

這樣講應該都能看明白。


坤鵬人


在微觀世界,粒子的能量可歸結到宇宙大爆炸中獲得。電子不停地繞原子核高速運動在一些可能的軌道上是穩定的,既不向外幅射能量,也不會掉到原子核上去。當一定能量的光子(或叫光量子)被原子吸收,電子的軌道又會變到另一個可能的高能級軌道上去。而當釋放出相應頻率的光子時,電子又會跳到一個低能級軌道上去穩定運行。這些電子穩定運行的軌道的半徑不是連續的,這就是玻爾提出的原子模型。玻爾的原子模型儘管很簡單,但確打開了認識微觀粒子的量子特性的窗戶。

但願我的回答能給你一些啟發。


沈大哥


按照量子力學對於電子運動的描述,電子在原子內部運動的軌跡並不是連續的,而是在空間中跳躍運動的。這種情形下其實電子並沒有速度一說,因為速度要求運動軌跡要具有連續性。那麼如此說來,使用動量來形容電子的能量似乎並不妥,電子似乎並不具有動能而僅僅具有重力勢能。那麼也就沒有電子從何處獲得能量一說。



如果問電子為何會不斷地跳躍運動,是誰給電子如此鬼魅般地運動形式,那麼答案即便是諸如愛因斯坦、普朗克、薛定諤等頂尖物理學大牛也無法給出你一個完美解釋。當時科學家們剛提出來電子只能夠用概率雲來描述時,愛因斯坦甚至嗤笑到:“上帝怎麼可能擲骰子”。由此可見,即便是世界上最偉大的科學家對於電子的反常運動也表示出疑惑。



就像是我們總喜歡問什麼是電荷,光速為什麼是30萬千米每秒一樣,這本就是沒有答案的問題。電子從宇宙大爆炸之後生成,再到和原子核結合形成原子開始,它就啟用瞭如此的運動,沒有理由沒有為什麼。當然了,如果真的有一天人類有幸把這些問題的本質真的搞清楚了,那麼我想人類也就會徹底揭開宇宙的起源之謎,把宇宙運行的方方面面弄的清清楚楚。


分享到:


相關文章: