电子绕着原子核旋转,那么电子与原子核之间巨大的空间里有什么?

禅者zen


在原子中,电子并非以固定轨道运动,而是以一定概率出现在某些位置,电子的运动状态以状态函数描述,我们可以根据状态函数求出结合能;

量子电动力学对微观电磁场的解释颇为新奇,它认为在原子内部充满了虚光子,一个虚光子可以衰变为一对虚的±电子,电子与其中一个正电子碰撞,湮灭成一对虚光子,而原先虚电子对的电子则被暴露出来,成为新电子,这也就从逻辑上解释了电子的概率波问题,这种效应产生的直接证据就是兰姆移位!


东sir探世界


很多人会有误区,认为电子和原子核可以类比成是太阳和围绕太阳运动的行星的关系,其实这是完全错误的,宏观世界中我们认为地球和太阳之间是真空的宇宙,宏观世界依靠物质间的间隔来保证彼此独立,但微观世界遵从的是不确定的波函数关系。以前初中科学课本上老师讲过原子的结构,我们都以为原子的结构是下图中这样的。

但实际上,这只是方便我们去理解,电子并不是在固定轨道上运动的,电子是以不确定的电子云方式出现的,就像下图中这样。

而我们千万不要从空间的角度去思考电子和原子核之间的关系,我们应该从概率的角度去思考这个问题,电子和原子核之间存在的其实还是电子。因为在微观世界中原子核外一定范围内任何空间都有可能存在电子,他们具体在什么位置实际上是不确定的,出现的位置是一个概率问题,而不是已经确定的事情,所以我们可以认为电子是充满了整个原子核外的空间的。但我想了下题主所想表达的意思也有可能是电子和原子核之间除了电子还有什么?目前大多数科学家认为电子和原子核之间存在旋涡状的磁场。


科学薛定谔的猫


施郁

(复旦大学物理学系教授)

题主的思路是按照经典物理的思路,以为电子绕着原子核旋转就类似行星绕着太阳转。

电子与原子核要服从量子力学,电子在原子核周围所有的位置都有一定的概率出现。在不受环境干扰的情况下,电子在原子核外有一个连续分布的波函数,也就是说,在任何位置都有概率出现。这个波函数的模的平方就是几率,或者说概率。

如果测量电子,它就被发现在某个位置。那么在这个瞬间, 电子的位置是确定的,在周围的空间是没有电子的,什么也没有。但是电子的波函数立即按照这个初始条件开始演化。

波函数中有一种特殊的波函数,叫做定态。一旦落在这样一个波函数上,那么电子就永远处在这个波函数上,而且能量保持不变。对应于最低可能的能量的定态叫做基态,这个波函数是球面对称的。


物理文化与施郁世界线


基本的回答是:还是电子。就像周星驰电影《武状元苏乞儿》里的台词:

苏察哈尔灿:乞丐中的霸主?那是什么?

洪日庆:还是乞丐。

言归正传。你之所以觉得电子和原子核之间有巨大的空间,是因为实验上至今都没有发现电子有不为零的半径(所有的这类实验,都测不出电子半径的下限),也就是说,对于电子的标准描述,仍然是一个半径为零的几何点。

一个原子的尺度在10的-10次方米的量级,一个原子核的尺度在10的-15次方米的量级,因此原子核的体积只占原子体积的10的15次方分之一,即一千万亿分之一。在这个意义上,原子的绝大部分空间都是空着的。

原子模型

但是,如果你认为电子就像个台球,在某个时刻必然有个确定的位置,那就错了。这样的想法,必然导致跟实验矛盾的预测。

为了跟实验一致,现在对电子的标准描述是这样:电子的状态由一个函数ψ(读作“psi”)描述,这个函数称为电子的波函数,它的自变量是空间坐标xyz。对于空间每一个点(x, y, z),波函数在这点的取值的绝对值的平方,即|ψ(x, y, z)|^2,就等于电子出现在这一点的几率。

看到这种描述的微妙之处了吗?电子有几率出现在任何位置。不过,在整个空间找到电子的几率必然是100%,因为这里描述的就是一个电子,所以|ψ(x, y, z)|^2对整个空间积分之后必然等于1。

一旦你做一个位置测量,在某个位置找到了电子,那么你找到的就是一个电子,而不是半个电子、1/3个电子或者|ψ(x, y, z)|^2个电子。因此,电子仍然是个粒子,但它的分布几率是弥散在整个空间的。

回到原题。你最好不要认为电子在某个时刻是一个点,留下了原子的大片空白区域。合理的看法是,电子弥散成了“电子云”,占满了整个空间(因此原子也没有明确的界限,只是在所谓原子半径外找到电子的几率很小而已)。只有在你对电子测量位置的时候,才能把它的位置确定下来。


袁岚峰


卢瑟福的核式模型是人们最熟悉的原子模型,

我们在中学物理课堂上就学到卢瑟福核式或者行星模型,他认为电子绕着原子核旋转,就像行星绕着太阳按轨道运行一样,提出了原子核的概念。

但这个早期的行星模型具有重大的缺陷,它无法解释原子的稳定性,也就是为什么电子绕核运行,但没有失去能量而掉到原子核上,这和电磁学理论是矛盾的。

玻尔的量子化原子模型

1911年,玻尔提出了原子内能量的量子化,在稳定轨道上运行的电子不辐射能量,在不同能级之间跃迁的能量也必须是量子化的。这就构成了玻尔的原子模型,我们了解到电子轨道的半径和能量都是量子化的。

量子力学模型:从固定轨道到电子云

1926年,薛定谔利用德布罗意物质波的概念创建了波动力学,同时海森堡提出了不确定性原理,也就是电子的位置和动量是不可同时测定的,所以电子轨道和星系轨道有很大的差别。

现在的量子模型,只能预测电子在某一区域出现的概率。电子在特定区域出现的概率可以计算,这些出现概率高的区域被称为电子云。

所以,原子内部还是非常空旷的,在中子星这样高密度和引力巨大的星球上,原子结构就会坍缩,电子才会被压的和质子结合,转化为中子。

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量子实验室


电子绕着原子核旋转,这种原子的行星模型是卢瑟福给的。现在看,这种说法不正确,早已被科学界抛弃。但是在中学阶段,好像还是讲这种说法,毕竟高中阶段不需要讲太深的知识。

微观粒子具有波粒二象性,电子能表现出粒子性,也具有波动性。玻尔曾根据行星模型用轨道等概念成功的解释了氢原子的谱线,但对稍复杂的原子则无能为力。

电子的轨道谁看到了?谁测量到了?没有人。轨道概念在量子力学中被抛弃,现在是根据电子在某个位置出现的概率绘制出电子云,电子云密的地方测量到电子的概率大,疏的地方测量到的概率小。


刁博


原子核和电子的半径约10^-15米,原子半径约10^-10米。这样算下来整个原子空间是电子的约1百万亿倍之多。打个比方,如果把原子核和电子比作玻璃弹珠,那么整个原子就是500个标准足球场大小的场地。目前元素周期表中电子数最多的元素是112号元素,有112个电子,那么就相当于一个500个足球场大小的空间里面放上112个玻璃弹珠,几乎就看不见有东西,可想而知,原子可以被认为基本上是空的。



虽然原子绝大部分空间是空无一物,没有任何东西。但是原子内的电子却只能够存在于特定的轨道上,这些电子不能够随便出现在这些空间内。描述电子轨道的模型有类似的行星模型和电子云波函数模型,都是说明电子运动不是随意的,有些地方电子可以出现,有些地方它永远去不了。就好像空间是被分割的一样,电子只能够跳跃式的跃迁,而不能够连续的运动。



如果按照真空的定义,那原子内部巨大的空间就是真空,没有任何物质存在。当然,中微子等小粒子可以随意穿越。不过,如果按照狄拉克的说法,真空就是充满了负能态的电子海,这些电子能级是负的,和正能级能量差别太大,故而无法跃迁无法显现。不过当有足够大的能量时,这些负能级的电子就会凭空而生。


科学探秘频道


原子的内部原子核到电子外层之间并不是空的,它是一个能量空间。它的主要成分就是光子。光子在内部撑起这个空间的能量级别,对原子外面的表现是原子的温度。



想在这里面装入光子,电子等SU2以外的粒子是不可能的。因为它就是物质的“二”空间。



这个空间的大小是由原子外面的温度和由这个空间里光子的数量共同决定的。实际上所有物质空间的大小都是由内部和外部的能量共同决定的。包括宇宙的大小。内部大于外部空间膨胀,内部小于外部空间紧缩。

这个空间的主要成分就是光子(电磁波)的成分,既电场和磁场。但是在这个空间电磁场是一个整体。只有其中的磁场有缺失的时候,对外才必须为电场。

所以电子是这个空间的时候,变成磁场,与内部原子核的磁场中和形成不带电的原子。但是其空间依然是电磁空间。

并且无论光子和电子在这个空间里都是相对均匀的存在。但是在四维时空则必须以旋转的存在形式来表现去其能量和时间性质。



电子的电场进入后是磁场形式。而光子进入后电磁场还是电磁场但是是同时改变了电磁性质的电磁场并且以云的形式存在。也就是“二”空间。它对内联系“一”空间,对外联系“三”空间。所以SU2的物质是空间的使者。



所以这个空间是与四维时空完全隔离的空间。内部成分就是电磁场。外部的表现就是温度。温度也就是该空间的大小。如果把温度降低到最小,则其大小就接近零。


科学无止境


1:回答问题前,先来看看原子具有哪些性质;原子是化学反应不可再分的基本微粒,原子虽然在化学反应中不可分割。但在物理状态中可以分割。原子由原子核和绕核运动的电子组成。一个正原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在原子核周围带负电的电子。而负原子的原子核带负电,周围的负电子带正电。正原子的原子核由带正电的质子和电中性的中子组成。负原子原子核中的反质子带负电,从而使负原子的原子核带负电。

2:原子核中的力量很大,其中原子核的能量被释放之后会有相当大的危害。原子核被一种强力束缚在线度为10负15次方米的区域内,由爱因斯坦质能方程可得:原子结合能=(原子核内所有质子、中子的静止质量和-原子核静止质量)×光速的平方。可见任何宏观物质都含有巨大的能量。

3:虽然原子的大部分质量都集中在原子核,但是原子核只占据原子很小的一部分空间,你所说的这个巨大的空间不是很准确,因为核外电子是按能级排列在原子核外的,由于电子绕核旋转,就像一个旋转的带电物体能够产生磁场一样,一个原子就会产生磁场,即磁矩;因此在这些空隙中是充满磁场的,只不过强弱不一样。至于更详细的形成原因,那就得用量子力学来解释。


零维立方体


答:电子和原子核之间,并不是完全空的,而是存在电子、光子、中微子、甚至引力子和其他更基本粒子。


如果只看以上回答,部分人肯定有点懵,我们需要整理一下量子力学的观点,抛弃一些经典力学的看法。



在经典力学中,电子绕着原子核做周期性运动,电子有固定轨道,在不同轨道间跃迁释放光子。

但实际上并不是这样的,这个模型旨在于方便大多数人的理解而已,我们需要用量子力学的视角,来重新审视这个模型。


量子力学观点:

(1)电子不再拥有固定的轨道,因为不确定原理,电子将以电子云的方式,充满原子核的周围,在当前能级的周围出现的概率最大,所以电子轨道和原子核间,也是可能发现电子的;



(2)电子和原子核中的质子,存在电磁相互作用,而电磁相互作用的载体是光子,或者说电磁场,所以电子和原子核间,时时刻刻都在发生光子的交换;

(3)量子力学中,引力子描述为传递引力的介子,虽然目前还未证实,但基于量子力学,电子和原子核间存在引力作用,自然也有引力子的交换;

(4)其他基本粒子,比如中微子等等,在一些特殊情况下,这些粒子也会经过电子和原子核间的空间;




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!


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