寇亞君

回答這個問題就要祭出普朗克曾經描述這世界說過的一句話了——

確實，原子內部除了中心的原子核，其他空間幾乎不存在什麼。有人做過一種比喻來形容原子的結構——原子核相當於籃球場中央的一個乒乓球，電子就相當於球場其他地方亂跳的豌豆，這相當於原子內部空間近乎真空。

上圖是原子經典力學裡的模型，這種模型實際上來講比例也不對，也和真實的原子結構有很大區別，比如所謂的電子軌道是不存在的，這只是我們為了在解決某些低層次問題的方便。

實際上，題主問題的另一個表達可以是——繞原子核旋轉的電子為什麼沒有墜向原子核，實現原子的坍縮呢？

這問題和"世界是不連續的"的這種哲理式的陳述有什麼關係？且聽我慢慢講來。

實際上，題主的困惑也是100多年前一群物理學家的疑問，他們都是那個時代智慧的代表。這一問可不得了，它直接催生了現代物理學的一大支柱——量子力學。

對於這個問題，普通大眾直觀的理解就是很疑惑——這近乎中空的結構，沒什麼支撐也不塌？這很現實，很宏觀，也確實，

但實際的微觀世界和宏觀世界有相似的地方，也有很多不同的地方。

比如我們這裡的原子坍縮問題能參考的則是更宏觀，和原子結構模型更相似的太陽系模型，而不是自家沒了頂樑柱的房子能不能住的問題。

確實，100多年前的盧瑟福就是憑藉原子模型和太陽系模型的相似而成為第一個站出來解釋的人——他認為原子和太陽系一樣，太陽通過引力吸引著各大行星，行星們為了不撞向太陽，就得以一定的速度繞太陽公轉，只要速度合適，行星們就能穩定下來，不會撞向太陽。

同樣的，原子核和電子的電磁力也可以比作太陽和行星作用的引力，所以電子的穩定也是因為它繞原子核的高速運動，當離心力和吸引力平衡了電子也就不會撞向原子核，實現原子的坍縮。

但問題的關鍵是電子和地球不一樣的是，電子繞核運動因為做變速運動時，作為電荷的本身就會產生變化的電流，然後又是產生變化的磁場，於是電磁波就出來了，這輻射出的電磁波能量相對於電子原來有的是佔了很大比重的！

即便是圓周運動也屬於物理上的變速運動，何況電子按照經典模型研究也不是嚴格意義上圓周運動。另外，地球的公轉實際上也在輻射和電磁波類似的引力波，但量太少，對實際的地球軌道影響不大，電子不一樣，本身個頭就小。

於是，盧瑟福說的全是扯淡，必須重新找新的理論來解釋為什麼電子不撞向原子核！於是量子力學開始初現雛形，登上歷史的舞臺。

量子力學不懂不要緊，我們只要知道它給我們描述的真實世界最基本的思想就是

那麼，為什麼能量的不連續能解決原子不坍縮的問題？

在量子力學裡，電子在原子內部輻射一份一份能量的過程稱為量子躍遷。量子躍遷之所以能進行，關鍵在於電子輻射能量恰好等於能級的差值。

如果這個值沒有相對應的能級差，這種電磁輻射是被絕對禁止的。

在能級裡，有一個叫做基態的能級，它是電子最穩定的軌道，也是最接近原子核的軌道。這裡的電子不會再相外輻射能量，躍遷到更低的能級，這就是原子不坍縮的關鍵原因。

在基態的電子，只能接受輻射又躍遷到更高的軌道。

擋不住的熵增

在19世紀末，大多數科學家都已經認同了原子的存在，但人們對原子內部結構的認識是從湯姆孫的棗糕模型，盧瑟福核式結構一步步進行的。盧瑟福的的埃爾法粒子散射實驗首次證明了原子內部的空曠，原子的大小是內部原子核的10000倍。

英國劍橋大學卡文迪許實驗室的

然而他的學生盧瑟福在放射性的研究中取得很大的進展，掌握了阿爾法射線技術。盧瑟福實驗室的蓋革和馬斯頓利用一束阿爾法粒子對極薄的金箔進行轟擊，考慮到湯姆孫的棗糕模型，通過金箔撞擊在屏幕上的阿爾法粒子只會有小角度的偏轉。

然而實驗的結果令人盧瑟福等大驚，他們發現有少數的阿爾法粒子竟然有大於90度的偏轉。唯一的解釋只能是原子內部存在著一個體積極小但質量很大的核，這個就是原子核。原子核集中了原子的全部正電荷，和99%以上的質量，而電子都在繞核運動，這就是盧瑟福的行星模型。

那麼電子是怎麼排列的呢，盧瑟福的學生玻爾提出了原子的玻爾模型，玻爾假設電子在恆定的軌道上運行，不同軌道間可以能級躍遷。但是在固定軌道上繞核運行的電子模型，也存在很多無法解釋的問題。

隨著量子力學的建立，例如海森堡的不確定原理顯示不能同時測定電子的位置及其動量，所以，原子的量子模型只能預測電子在某些特定區域出現的概率。電子出現幾率最大的區域稱為電子雲。核外電子的排布也受泡利不相容原理的限制，每個能級上只能填充有限的電子，其他的就必須填充到更外層，一層層的向外排布。

總之，量子力學的不確定原理和泡利不相容原理限制了電子必須在外層排布，無法靠近原子核，電子如果想靠近原子核需要接受極大的能量才能實現，更不要說掉到原子核上了。這樣的量子力學建立的原子模型才保證了原子的穩定性。

量子實驗室，專注趣味科學，歡迎評論和關注。

量子實驗室

是的，原子內部空間確實挺空曠的，宛如我們的太陽系。原子的大部分質量都集中在原子核處，原子核外是高速繞其運轉著的電子。

按理說原子核由質子與中子構成，質子帶著正電荷，中子不顯電性，那麼原子核就應該是帶正電荷的，而電子是帶著負電荷的，它們應該是互相吸引的啊，最終的結果應該是電子砸向原子核，可是，事實情況是並沒有。

起初盧瑟福提出了原子的行星模型，認為原子的結構與咱們的太陽系類似，至於核外電子為什麼不砸向原子核，道理與行星為什麼不砸向太陽相類似。

行星繞著恆星公轉，雖然恆星的引力很大，試圖將行星拉過來，但是行星在公轉，公轉速度又很快，產生的離心力與恆星引力提供的向心力相平衡，那麼行星就可以穩定的繞著轉了。

起初認為核外電子就像行星一樣在圍繞著原子核高速運轉，但是呢，科學家對氫原子的線狀光譜的研究表明了盧瑟福的原子行星模型是不對的。

之後玻爾提出了他的原子模型很好的解釋了這個氫原子線狀光譜，不斷髮展的現代量子力學又對玻爾提出的模型進行了完善。說明了電子的運行並不像行星那樣有著鮮明的軌道，電子的軌道叫做

另外，電子出現的位置是概率性的，它並不像我們看到的其它物質運動一樣有規律，電子有可能出現在原子核核外空間的那一點，或者是那一點，總之，只能表示出電子出現在某個位置的概率大小，所以用電子雲模型來描述它。

一枚遊戲科幻迷

先破題吧，這實際上是三個問題：

1、原子內部到底是不是真空的？

2、真空是不要坍縮——題主你寫的原話是“塌縮”，但一般的科學說法用的是“坍縮”來表示物體縮成一團，我就先幫你改成這個字。

3、如果原子內部是真空的，為什麼這個真空沒有坍縮。

我們先說第一個問題：

1、原子內部到底是不是真空的？

似乎學過初中和高中物理的朋友今天都會以為原子內部都是真空的，我想主要的理由是當年我們學過的原子內部主要包括電子和原子核，電子質量極小，而原子核雖然質量大，但是原子核體積卻非常小，所以會給人以原子內部大多數空間是“空”著的這個概念——然後題主大概是把這個概念與太空中沒有空氣的真空給弄混了，對了，順便說一句，真空的定義是：真空的含義是指在給定的空間內低於一個大氣壓力的氣體狀態，是一種物理現象。

而狄拉克於1930年為了擺脫狄拉克方程負能解的困境，提出真空是充滿了負能態的電子海。——當然這個我們就不咬文嚼字了，暫且認為題主說的原子內部空間的所謂真空，指的是大多數地方“沒有東西”這麼個定義吧！

而關於“原子內部到底是不是真空的”這個問題，我們高中物理所學的那些知識怕是不夠解釋，最近有興趣瞭解了一些這些，我簡單說一下：

首先，原子內部的結構，很長一段時間，不是我們“看到”的，而是“猜到”的。

因為“看”這個物理動作，首先需要光或者其他東西打到這個被看的物體上，然後反彈到我們眼睛或者某些儀器裡，根據返回來的這些光或者其他東西，我們才能“看到”這個東西。——這個很重要，因為在很長一段時間，這是量子力學不確定原理的基礎，大家知道就行。

但是原子太小了，幾乎沒有什麼東西可以“看”到，所以人們只能靠碰撞等方式來猜測原子裡都有什麼——這句話什麼意思呢？簡單的說就是，我們是把原子裡面的東西給“打”出來，通過研究這些被打出來的微粒，然後研究原子內部是什麼樣子的。（早期）

所以在早期，就有了原子的“棗糕”模型，說電子就像葡萄乾一樣鑲嵌到原子上面的，到後面的軌道模型（說每個原子裡的電子都有不同的軌道），包括公轉模型等等。

各位，注意，這些模型都是當年的物理學家們猜出來的，這些猜測的模型解釋了一些現象，但是也遺害非常，我會先說有用的，再說遺害的。

【有用】的，軌道模型解釋了光的形成：當電子從高能級躍遷到低能級放出的能量以光子的形式發出,也就是釋放出光子。當然，這些理論中的軌道是固定的，所以這些電子只能以一份一份躍遷來釋放光子，只不過後期，從軌道變為能級的說法了。

【遺害】的，最典型的就是這種軌道模型，電子與原子核的尺寸，質量太像地球與太陽的關係，以至於很多“偽民科”想當然的以為原子內部也是像地球圍繞太陽公轉一樣，電子圍繞原子核是公轉的。可是隻要認真學習高二以及大學物理就會知道，這種模型幾十年前就被推翻了（當然，每當說到這裡的時候，總有人會說科學也不一定是對的，說不定今天推翻的明天又是對的，這個這個，面對這樣的思維模式我只能說：你開心就好。）

說遠了，我們到今天為止的發現，原子內部的電子其實是“電子雲”的方式存在的，如果大家查一下就知道，在微觀原子中，哪怕這個原子只有一個電子（比如氫），它裡面的電子也是以不同概率出現在這個原子內的任何一個空間的，而在這裡面的運行方式，不是我們傳統上以為的“軌道”，而是概率。

好了，說到這裡，已經可以解釋第一個問題了：原子內部是否絕大多數空間是真空（也就是沒有東西）的嗎？——當然不是，雖然原子內部原子核很小，內部有大量空間，但是這大量空間在任何一個時間，都有概率被這個原子的電子填充，所以不能算“沒有東西”。

說到這裡大家可能以為我在咬文嚼字，其實並沒有：我們說一個地方“空”，指的是我們知道這個地方在一個時間點，或者在一個時間段內沒有東西。但是原子核內部的任何一個地方，在某個時間段或者某個時間點來說，都不一定是空的，只能說有“一定概率是空的”（這個概率就是電子沒有出現在這個位置的概率），而因為量子力學，這個地方到底空不空我們是無法預知的，換言之，原子內部，除了原子核意外，其它的空間雖然大，卻是一個任何時候都有可能有“電子出現概率”的空間，這當然不能稱為“絕對的空”。

當然，我知道我這種說法和文字定義，可能很多讀者不認同，但我之所以還這麼說，是想引起我們思考：微觀世界的所謂“空”，與我們宏觀世界的定義其實不同。

然後我們再來說第二點：真空是不要坍縮？

這個問題顯然是不一定的。

實際上除了地球上的真空會“坍縮”之外，大多數的真空並不會引起坍縮啊？

我們想想，地球到月球直接的大部分太空是真空（可以近似認為是真空），地球到太陽之間的大部分太空是真空（近似），銀河系到另外一個星系之間的大部分太空是真空（近似），可是整個星系，太陽系，太陽和月亮之間並沒有坍縮到一起啊？——有人會說這不是廢話嗎？因為星球都在運動啊！

如果認為只要是真空就會坍縮，大概是題主只拿地球上的例子來想了吧——這是不是又是一種拿常識當真理的迷思呢？

而真實情況是，大多數的坍縮不是因為“真空”，而是因為有東西：我們知道某些恆星在自己的生命末期，會坍縮成白矮星，甚至黑洞，根本原因就是因為這些恆星的物質太多，質量太大，所以坍縮了，而坍縮的原因，恰恰是因為這些恆星內部無法產生足夠多的斥力來抵消引力，才最終坍縮的。

好，所以我們知道了，不論物體內部是否是“真空”，一個物體是否“坍縮”的因素有兩個，第一，是否有內部斥力，第二是否在運動。

那我們看一看原子內部這個“真空”（暫且就跟題主說的一樣說他是真空吧），是不是有斥力呢？似乎原子和原子之間是有斥力的，原子核與電子之間似乎沒有。是否有運動呢？當然有運動，電子就是不斷在運動的啊，所以，這種運動當然會讓電子“坍縮”到原子核上。

當然，題主的問題是原子為什麼沒有坍縮，這個問題還有另外一層含義：為什麼一個個原子沒有“坍縮”到擠到一起？這自然是原子與原子之間的斥力了。

如此似乎第三個問題：如果原子內部是真空的，為什麼這個真空沒有坍縮。似乎已經沒有必要回答了：由於電子的運動（包括量子力學），保證了單個原子無法坍縮，由於原子之間的斥力及引力，又保證了原子與原子之間不可能坍縮。

但是有一種情況，原子還真的會坍縮的：那就是黑洞。

一個恆星如此之大，在其生命末期，其內部產生的斥力無法抵消掉自身的引力，所以所有的物質最後坍縮到一個點（體積無限小），密度無限大的星體，這就是黑洞——而這種星體，已經不能用原子坍塌來解釋了，但至少整個過程中有原子坍塌的過程。

換句話說，原子是可以坍塌的，只要具備對應的條件。

總結一下題主的問題：在大多數情況下，一個原子由於有各種力以及運動的制約，傾向於“不坍塌”，但在某些極端情況下（引力極大等），原子是有機會坍塌的，而這個所謂有機會，一定程度上是因為原子內部有足夠多的空間進行坍塌的而造成的。

我是江南沐雨，縱橫《眾神聊齋》作者。

沐雨縱橫眾神聊齋

原子是由一個原子核和電子所組成的，原子核外圍的電子在原子核的束縛下形成了電子雲。雖然原子核的直徑大概是10的-15次方米，核外空間都被電子佔據著，但是原子核外圍的電子在相互作用下，構成了離子鍵、共價鍵、氫鍵等化學鍵，最終構成了原子晶格。

而我們在這個世界上所感受到的一切，都是電子，我們無法感受到被電子運動所形成的電子雲所緊緊包裹著的原子核，假若我們可以直接透過電子雲觸摸到原子核，那麼從我們接觸到原子核的那一刻起，核反應也就開始了…

原子之所以不會塌縮的原因在於：原子核內存在著“強相互作用”的強核力，正是這種夸克之間的吸引力，將質子和中子束縛在一起構成原子核。強核力作用於所有質子與中子之間，是目前已知的最強大的力，一萬億萬億萬億倍於重力，該強核力僅僅作用於一毫米的一萬億分之一的範圍內，而原子內的電磁力作用距離較長，排斥力弱於強核力的吸引力，因此也就形成了電子不停地圍繞著原子核旋轉的堅固結構。

拉拉酋長

為什麼要坍縮呢？有些人腦海了總有一個固有的思維，認為物質或粒子就要聚在一起或縮成一團。但是有沒有思考一下為什麼要聚集，它們要聚集內在的動因是什麼。其實從根本上就不存在一個令人信服的必須要聚集的動因。有人說四大基本力是原因，但我不這麼看。力也許只是一個外在的現象，而不是根源。

笑看風起雲湧花謝花開

答：量子力學阻止了原子的進一步坍塌。

在20世紀初，人們建立的原子模型，其中盧瑟福認為原子的質量集中在核心區域，我們稱之為原子核，而電子在外面的軌道高速運動。

可是，電磁學指出，運動的電荷必定輻射電磁場，然後電子損失能量後墜入原子核，這與事實不符。

直到盧瑟福的學生玻爾，提出了基於量子力學的氫原子模型，並指出氫原子模型滿足的三條規則：

1、原子的核外電子只能以一些固定的能量，存在於核外軌道上運動，這種運動不吸收也不是釋放能量。

2、當能量處於最低能級叫做基態，基態吸收能量後電子躍遷且電子未逃離的狀態，叫做激發態。

3、電子在不同的能級之間躍遷，會釋放或者吸收能量，如果以電磁波的方式發生能量變化，那麼電磁波的頻率v和能量變化ΔE滿足：ΔE=hv。

原子遵守著這三條規則，使得電子不會墜入原子核，因為基態是核外電子的最低能級，不能再降低。

後來量子力學建立不確定性原子，把核外電子描述成“電子雲”，電子不再有明確的軌道，其中電子出現在原子核內的概率為零，所以電子不會墜入原子核，如果有多個核外電子，電子的分佈遵循著泡利不相容原理。

以上就是原子需要遵循的量子力學規則。

但並不意味著原子不能繼續坍塌，如果有足夠的力量，量子力學也不能阻止原子繼續坍塌，比如超新星爆炸，就有可能強大的引力繼續“壓碎”原子，使得電子墜入原子核與質子“中和”，形成緻密的中子星。

好啦！我的答案就到這裡，喜歡我們答案的讀者朋友，記得點擊關注我們——艾伯史密斯！

艾伯史密斯

這問題問的實在太好了。事實上，為了回答這個問題，物理學家真應該開發一個全新的科學分支。

答案在於量子力學，自20世紀初，科學家們開始發展量子力學。如果你想要完全理解量子力學，那還有很多東西需要學。不過為了簡短起見，我們先從這個概念開始說起：原子中的電子所位於的“殼層”，稱為能級。能級與原子核的距離是固定的。電子可以從一個能級躍遷到另一個能級，但前提是它們必須吸收或釋放出一定的能量。例如，如果一個電子從第1能級躍遷到第2能級，它就必須吸收與之相對應的兩級之間的能量差。同樣的，電子也可以從第2能級下降到第1能級，不過它必須釋放出與之相對應的兩級之間的能量差。

所有的電子都趨向於躍遷到最低能級，所以看起來電子似乎會佔據所有的第1能級，聚集在原子核附近。不過，每個能級都有自己的最大佔用率。第1能級只能容納2個電子。如果第1能級已經包含了兩個電子，那麼其他多餘的電子就必須進入到第2能級，而第2能級可以容納8個電子。電子總是會盡可能的躍遷到最低能級，但是它們不會在能級之間塌陷。

這就是所有的電子都不會坍縮到原子核附近的原因了，因為它們根本做不到。它們只能存在於特定的位置，當這些位置滿了，而原子又得到了更多的電子，它就必須向外擴張。

科科雪碧

唉，這還不好理解？就算沒根毛，那還有一堆光囉。

雪舞200324376

本著有關原子的問題，決不放過的精神，雖然有答非所問之嫌。 還是那句話開篇兩張圖，下面全靠實驗。至餘原子的內部完全是真空，但為什麼原子沒有因此而塌縮呢，泡利不相容原理。下面幾個視頻告訴你原子中的電子是怎麼運動的。這是孔徑光柵顯微鏡拍攝的錫原子中的電子，原子核太小沒有顯現出來。

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