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

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

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

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

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

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

主流观点并不认为电子是围绕着原子核旋转的——如同太阳系的行星公转那般,同时,问题中所谓“巨大的空间”,也是类比我们这个行星恒星系统,的确在太阳与围绕其公转的行星之间,是遥远的距离或巨大的空间。

主流观点只是认为电子以一种特定的概率模式分布在原子核的周围。所谓的电子云就是一种很形象的表达。

某种程度上,类比宏观世界的物理现象有助于理解微观世界的运行机制。考虑到离原子核稍远一些的电子状态(激发态、高能级),以及该原子的电子距离原子核较近一些的状态(基态、或低能级),这两个状态相比较的差别是什么呢?这两个状态的差别是多出来一个光子!即电子的能级变化(跃迁)使原子向外发射了一次光辐射(一个光子),一个光子也就是一次电磁波的辐射而已。

那么,问题来了,问题中的“巨大的空间”,在电子处于不同能级的状态下,可以理解为该巨大空间由一个较大的(方便的话,说成是)球体,变成了一个相对较小的球体,我就是用初中的数学眼光来审视这个问题,也会发现一个再明显不过的关系,即一个球壳形状的空间~~类似鸡蛋的壳、葡萄的皮、或者金蝉的蜕壳,变成了一个光子,或者说变成了一次电磁辐射。

力求回避探讨量子力学枯燥艰深的基本理论问题,我们也应该认识到,至少对于原子级别的微观世界而言,也没有什么“巨大的空间”,如果说这个“空间”,指的是真空、即绝对空无一物的空间的话。

简洁一些的话,我们可以接受场的概念。可以认为是场充盈着那里的空间,或者说场本身就是空间,空间本身就是场。

回答基本完毕。再探讨此场与彼场的差异,或者是相互之间如何转化的,就超出范围了。


郭城3点14壹伍玖

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

我自己对原子模型的理解:以H原子为例:一个氢原子,包含氢原子核和一个核外电子。如果把一个氢原子比喻作一个足球场那么大的立体空间,氢原子的原子核有乒乓球那么大。有一个质子和一个中子构成。但却集中了氢原子几乎全部的质量。核外有一个电子,大小,比原子核要小得多得多,跟原子核相比无论质量还是体积应该是万级的差别。这个电子绕着原子核做高速的运转。我们很容易的担心,足球场这么大的一个原子,原子核只有一个乒乓球那么大,电子更小,那么属于原子的这个“巨大”的空间如何支撑?其实一个关键的因素是这一个电子在绕着原子核做高速的运转。它在一个随机的时刻随机的处在原子核外属于原子的这个空间中的某一点。但它本身是在做高速的运转。这样形容,如果有一个外来的侵入物,想试图侵入这个空间,那么在他刚刚挨到原子的这个范围的”瞬间“,已经被电子攻击到了无数次。这样就很容易理解,氢原子的这个空间,看似空其实不空,很充实。这样也就很容易理解,宏观上的固体液体都有体积很难被压缩的原因。


莫石7

这个其实也很简单,但是一般人不敢想,也想不到。大家思考一下,我们人类就生活在分子和星球2种大小的粒子之间,我们在地球看其他星球,看太阳和太阳系,跟站在电子上看原子和原子核有什么区别呢?对上面的生命来说,那就是他们的星球,不同大小的粒子之间层层如此。

我们在地球这么大的粒子上看地球与太阳之间是空间,在电子看原子核那里也是空间,而且那里是一个更广阔的空间,因为粒子不是单独存在。同等大小粒子是遍布一切的,整体构成空间。但是人却进不去,因为人这个层次的生命就是生活最大分子和星球,这2种粒子的夹缝中,这就是我们人的空间。电子核原子核之间的空间,是它那个层次无限广大的空间,这才是真正的另外空间。另外空间同时同地存在,都还是通的,但你就是进不去,现在科学也认识不到,也打不开,进入不了。

要想进入另外空间,你的身体结构状态,你的思维状态都的得符合另外空间的要求才行。真进入了,你会发现比人这个空间更广大,人类这个空间其实一点都不大。

至于另外空间里有什么?可不是人以为的太阳系里面这种真空一样。出了地球,外面也不真空,是由无数更微观,整体更庞大的物质填充其间,电子和原子核之间也一样。物质微观下去是几乎无限的。往下追查对人来说是看不到底的,宇宙洪微无极。那些迷漫在宇宙中的庞大的物质其实都是活的,都是有思想的,在均衡和控制着宇宙的一切,你做什么想什么都在他眼皮子底下,属于无形的生命,其实对人来说都是神。

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横行无忌大喵子

这是关于原子核与电子的相互依存关系的微观现象,原子核由质子或中子构成,质子或中子由三个夸克构成,每个夸克内部各自由一根振动的弦构成,由此可知:质子或中子都是由三根振动的弦构成的,电子呢?电子是一种无内部结构的粒子,所以电子是由单根振动弦枸成的。请大家看看易经的阴爻和阳爻,阴爻就是不动之弦,阳爻就是振动之弦,在易经三维法性空间的八个卦限内只有乾卦是由三根阳爻构成,也就是由三根振动之弦构成,所以,质子为巽宫乾卦,中子为坎宫乾卦,因为震卦由二个阴爻和一个阳爻构成,所以电子为震卦,由此可知:原子核位于三维法性空间的乾卦限位,电子位于三维法性空间的震卦限位,两者都具有各自的法性空间,是不可能粘在一起的,弦之法性决定了物理现象的存在规则。


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