電子繞著原子核旋轉,那麼電子與原子核之間巨大的空間裡有什麼?

禪者zen


在原子中,電子並非以固定軌道運動,而是以一定概率出現在某些位置,電子的運動狀態以狀態函數描述,我們可以根據狀態函數求出結合能;

量子電動力學對微觀電磁場的解釋頗為新奇,它認為在原子內部充滿了虛光子,一個虛光子可以衰變為一對虛的±電子,電子與其中一個正電子碰撞,湮滅成一對虛光子,而原先虛電子對的電子則被暴露出來,成為新電子,這也就從邏輯上解釋了電子的概率波問題,這種效應產生的直接證據就是蘭姆移位!


東sir探世界


很多人會有誤區,認為電子和原子核可以類比成是太陽和圍繞太陽運動的行星的關係,其實這是完全錯誤的,宏觀世界中我們認為地球和太陽之間是真空的宇宙,宏觀世界依靠物質間的間隔來保證彼此獨立,但微觀世界遵從的是不確定的波函數關係。以前初中科學課本上老師講過原子的結構,我們都以為原子的結構是下圖中這樣的。

但實際上,這只是方便我們去理解,電子並不是在固定軌道上運動的,電子是以不確定的電子雲方式出現的,就像下圖中這樣。

而我們千萬不要從空間的角度去思考電子和原子核之間的關係,我們應該從概率的角度去思考這個問題,電子和原子核之間存在的其實還是電子。因為在微觀世界中原子核外一定範圍內任何空間都有可能存在電子,他們具體在什麼位置實際上是不確定的,出現的位置是一個概率問題,而不是已經確定的事情,所以我們可以認為電子是充滿了整個原子核外的空間的。但我想了下題主所想表達的意思也有可能是電子和原子核之間除了電子還有什麼?目前大多數科學家認為電子和原子核之間存在旋渦狀的磁場。


科學薛定諤的貓


施鬱

(復旦大學物理學系教授)

題主的思路是按照經典物理的思路,以為電子繞著原子核旋轉就類似行星繞著太陽轉。

電子與原子核要服從量子力學,電子在原子核周圍所有的位置都有一定的概率出現。在不受環境干擾的情況下,電子在原子核外有一個連續分佈的波函數,也就是說,在任何位置都有概率出現。這個波函數的模的平方就是幾率,或者說概率。

如果測量電子,它就被發現在某個位置。那麼在這個瞬間, 電子的位置是確定的,在周圍的空間是沒有電子的,什麼也沒有。但是電子的波函數立即按照這個初始條件開始演化。

波函數中有一種特殊的波函數,叫做定態。一旦落在這樣一個波函數上,那麼電子就永遠處在這個波函數上,而且能量保持不變。對應於最低可能的能量的定態叫做基態,這個波函數是球面對稱的。


物理文化與施鬱世界線


基本的回答是:還是電子。就像周星馳電影《武狀元蘇乞兒》裡的臺詞:

蘇察哈爾燦:乞丐中的霸主?那是什麼?

洪日慶:還是乞丐。

言歸正傳。你之所以覺得電子和原子核之間有巨大的空間,是因為實驗上至今都沒有發現電子有不為零的半徑(所有的這類實驗,都測不出電子半徑的下限),也就是說,對於電子的標準描述,仍然是一個半徑為零的幾何點。

一個原子的尺度在10的-10次方米的量級,一個原子核的尺度在10的-15次方米的量級,因此原子核的體積只佔原子體積的10的15次方分之一,即一千萬億分之一。在這個意義上,原子的絕大部分空間都是空著的。

原子模型

但是,如果你認為電子就像個檯球,在某個時刻必然有個確定的位置,那就錯了。這樣的想法,必然導致跟實驗矛盾的預測。

為了跟實驗一致,現在對電子的標準描述是這樣:電子的狀態由一個函數ψ(讀作“psi”)描述,這個函數稱為電子的波函數,它的自變量是空間座標xyz。對於空間每一個點(x, y, z),波函數在這點的取值的絕對值的平方,即|ψ(x, y, z)|^2,就等於電子出現在這一點的幾率。

看到這種描述的微妙之處了嗎?電子有幾率出現在任何位置。不過,在整個空間找到電子的幾率必然是100%,因為這裡描述的就是一個電子,所以|ψ(x, y, z)|^2對整個空間積分之後必然等於1。

一旦你做一個位置測量,在某個位置找到了電子,那麼你找到的就是一個電子,而不是半個電子、1/3個電子或者|ψ(x, y, z)|^2個電子。因此,電子仍然是個粒子,但它的分佈幾率是彌散在整個空間的。

回到原題。你最好不要認為電子在某個時刻是一個點,留下了原子的大片空白區域。合理的看法是,電子彌散成了“電子雲”,佔滿了整個空間(因此原子也沒有明確的界限,只是在所謂原子半徑外找到電子的幾率很小而已)。只有在你對電子測量位置的時候,才能把它的位置確定下來。


袁嵐峰


盧瑟福的核式模型是人們最熟悉的原子模型,

我們在中學物理課堂上就學到盧瑟福核式或者行星模型,他認為電子繞著原子核旋轉,就像行星繞著太陽按軌道運行一樣,提出了原子核的概念。

但這個早期的行星模型具有重大的缺陷,它無法解釋原子的穩定性,也就是為什麼電子繞核運行,但沒有失去能量而掉到原子核上,這和電磁學理論是矛盾的。

玻爾的量子化原子模型

1911年,玻爾提出了原子內能量的量子化,在穩定軌道上運行的電子不輻射能量,在不同能級之間躍遷的能量也必須是量子化的。這就構成了玻爾的原子模型,我們瞭解到電子軌道的半徑和能量都是量子化的。

量子力學模型:從固定軌道到電子雲

1926年,薛定諤利用德布羅意物質波的概念創建了波動力學,同時海森堡提出了不確定性原理,也就是電子的位置和動量是不可同時測定的,所以電子軌道和星系軌道有很大的差別。

現在的量子模型,只能預測電子在某一區域出現的概率。電子在特定區域出現的概率可以計算,這些出現概率高的區域被稱為電子雲。

所以,原子內部還是非常空曠的,在中子星這樣高密度和引力巨大的星球上,原子結構就會坍縮,電子才會被壓的和質子結合,轉化為中子。

歡迎評論,關注量子實驗室。


量子實驗室


電子繞著原子核旋轉,這種原子的行星模型是盧瑟福給的。現在看,這種說法不正確,早已被科學界拋棄。但是在中學階段,好像還是講這種說法,畢竟高中階段不需要講太深的知識。

微觀粒子具有波粒二象性,電子能表現出粒子性,也具有波動性。玻爾曾根據行星模型用軌道等概念成功的解釋了氫原子的譜線,但對稍複雜的原子則無能為力。

電子的軌道誰看到了?誰測量到了?沒有人。軌道概念在量子力學中被拋棄,現在是根據電子在某個位置出現的概率繪製出電子雲,電子雲密的地方測量到電子的概率大,疏的地方測量到的概率小。


刁博


原子核和電子的半徑約10^-15米,原子半徑約10^-10米。這樣算下來整個原子空間是電子的約1百萬億倍之多。打個比方,如果把原子核和電子比作玻璃彈珠,那麼整個原子就是500個標準足球場大小的場地。目前元素週期表中電子數最多的元素是112號元素,有112個電子,那麼就相當於一個500個足球場大小的空間裡面放上112個玻璃彈珠,幾乎就看不見有東西,可想而知,原子可以被認為基本上是空的。



雖然原子絕大部分空間是空無一物,沒有任何東西。但是原子內的電子卻只能夠存在於特定的軌道上,這些電子不能夠隨便出現在這些空間內。描述電子軌道的模型有類似的行星模型和電子雲波函數模型,都是說明電子運動不是隨意的,有些地方電子可以出現,有些地方它永遠去不了。就好像空間是被分割的一樣,電子只能夠跳躍式的躍遷,而不能夠連續的運動。



如果按照真空的定義,那原子內部巨大的空間就是真空,沒有任何物質存在。當然,中微子等小粒子可以隨意穿越。不過,如果按照狄拉克的說法,真空就是充滿了負能態的電子海,這些電子能級是負的,和正能級能量差別太大,故而無法躍遷無法顯現。不過當有足夠大的能量時,這些負能級的電子就會憑空而生。


科學探秘頻道


原子的內部原子核到電子外層之間並不是空的,它是一個能量空間。它的主要成分就是光子。光子在內部撐起這個空間的能量級別,對原子外面的表現是原子的溫度。



想在這裡面裝入光子,電子等SU2以外的粒子是不可能的。因為它就是物質的“二”空間。



這個空間的大小是由原子外面的溫度和由這個空間裡光子的數量共同決定的。實際上所有物質空間的大小都是由內部和外部的能量共同決定的。包括宇宙的大小。內部大於外部空間膨脹,內部小於外部空間緊縮。

這個空間的主要成分就是光子(電磁波)的成分,既電場和磁場。但是在這個空間電磁場是一個整體。只有其中的磁場有缺失的時候,對外才必須為電場。

所以電子是這個空間的時候,變成磁場,與內部原子核的磁場中和形成不帶電的原子。但是其空間依然是電磁空間。

並且無論光子和電子在這個空間裡都是相對均勻的存在。但是在四維時空則必須以旋轉的存在形式來表現去其能量和時間性質。



電子的電場進入後是磁場形式。而光子進入後電磁場還是電磁場但是是同時改變了電磁性質的電磁場並且以雲的形式存在。也就是“二”空間。它對內聯繫“一”空間,對外聯繫“三”空間。所以SU2的物質是空間的使者。



所以這個空間是與四維時空完全隔離的空間。內部成分就是電磁場。外部的表現就是溫度。溫度也就是該空間的大小。如果把溫度降低到最小,則其大小就接近零。


科學無止境


1:回答問題前,先來看看原子具有哪些性質;原子是化學反應不可再分的基本微粒,原子雖然在化學反應中不可分割。但在物理狀態中可以分割。原子由原子核和繞核運動的電子組成。一個正原子包含有一個緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。而負原子的原子核帶負電,周圍的負電子帶正電。正原子的原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。負原子原子核中的反質子帶負電,從而使負原子的原子核帶負電。

2:原子核中的力量很大,其中原子核的能量被釋放之後會有相當大的危害。原子核被一種強力束縛在線度為10負15次方米的區域內,由愛因斯坦質能方程可得:原子結合能=(原子核內所有質子、中子的靜止質量和-原子核靜止質量)×光速的平方。可見任何宏觀物質都含有巨大的能量。

3:雖然原子的大部分質量都集中在原子核,但是原子核只佔據原子很小的一部分空間,你所說的這個巨大的空間不是很準確,因為核外電子是按能級排列在原子核外的,由於電子繞核旋轉,就像一個旋轉的帶電物體能夠產生磁場一樣,一個原子就會產生磁場,即磁矩;因此在這些空隙中是充滿磁場的,只不過強弱不一樣。至於更詳細的形成原因,那就得用量子力學來解釋。


零維立方體


答:電子和原子核之間,並不是完全空的,而是存在電子、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,部分人肯定有點懵,我們需要整理一下量子力學的觀點,拋棄一些經典力學的看法。



在經典力學中,電子繞著原子核做週期性運動,電子有固定軌道,在不同軌道間躍遷釋放光子。

但實際上並不是這樣的,這個模型旨在於方便大多數人的理解而已,我們需要用量子力學的視角,來重新審視這個模型。


量子力學觀點:

(1)電子不再擁有固定的軌道,因為不確定原理,電子將以電子雲的方式,充滿原子核的周圍,在當前能級的周圍出現的概率最大,所以電子軌道和原子核間,也是可能發現電子的;



(2)電子和原子核中的質子,存在電磁相互作用,而電磁相互作用的載體是光子,或者說電磁場,所以電子和原子核間,時時刻刻都在發生光子的交換;

(3)量子力學中,引力子描述為傳遞引力的介子,雖然目前還未證實,但基於量子力學,電子和原子核間存在引力作用,自然也有引力子的交換;

(4)其他基本粒子,比如中微子等等,在一些特殊情況下,這些粒子也會經過電子和原子核間的空間;




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