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


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?

有一个比喻是如果原子相当于一个大礼堂的话原子核就是里面的一个乒乓球,如此来形容原子内部的空间是非常宽敞的,但这巨大的空间内部除了电子外就什么都没有了吗?

经典原子模型

动态的电子与原子核模型,周围黄色小点代表的是电子,你会发现这些电子在原子核周围出现的概率是随机的,根据量子力学的不确定性原理,我们是无法测得电子的具体轨道的,只有电子的能级状态,其从高能级跌落的时候会释放出光子。

请忽略掉这个示意图中的圆形电子轨道,实际上是不存在的,仅供示意,不宜较真!因此在这个区域里,至少还存在光子的存在,其实除了光子外还有中微子和引力子(当然这个还停留在理论上未经证实)

尽管存在上述这些粒子,但这个空间内部依然是十分空旷的,所以在恒星哦白矮星以及中子星阶段都将这个压缩了,不再存在这个空间,更极端的还有黑洞,在这个天体里,甚至都不存在任何多余的空间,因为所有的物质都被挤入一个没有体积的点内........


星辰大海路上的种花家


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


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


在中学阶段,对于原子内部的描述,和太阳系模型有些类似,电子就如行星那样,有着清晰的轨道,绕着原子核(太阳)在运转。

但这只是经典力学的看法,在量子力学中,原子核周边的电子被电子云所代替,也可以这么说:再被观测到之前,电子存在于原子核周边每个位置,只是每个位置的概率不一样。

而原子核周边除了电子云的存在,还有光子、引力子等,这些都是产生基本相互作用的粒子,比如电磁相互作用、引力相互作用(虽然在原子尺度上经常忽略不计)。

虽然听上去有些不可思议,但这就是事实,这个世界的运行法则不都像宏观世界那般平滑连续。当然了,量子力学和相对论这两个分别代表微观和宏观世界的理论,还没能统一,但物理学家们就在努力中,力图得到一个在同一个框架下能解释万物的理论。

期待您的点评和关注哦!


赛先生科普


很多人把原子内部的结构比作太阳系的结构,认为原子核就像是太阳,而外部的电子就像是行星!

但事实上这种理解方式并不准确。微观世界里的电子并不是像行星那样以一个固定的轨道围绕原子核运转,以为微观世界一切都是不确定的,都需要用概率描述!

简单来说,原子核外面的电子没有固定的轨道,不确定性注定了电子的位置是不确定的,我们只能用概率去描述电子的概率!

这种不确定性不是因为我们的测量水平不够无法测量准确,而是真的不确定,并有相关公式加以描述!

这就意味着,我们观看原子内部的电子时,它会以“电子云”的形式呈现,也可以理解为可以同时出现在各个地方!

同时除了电子之外,还会有中微子,此时此刻就有成千上万个中微子穿过你我身体,当然更会有希格斯场,它是质量产生的根源!


宇宙探索


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!


艾伯史密斯


电子与原子核之间巨大的空间里有什么这一问题确实烧脑了很多人,也包括很多科学家。原因嘛,就是引力本质还没有揭开,再者没能足够重视“我们的宇宙是不间断振动的”这一事实,也可以说我们的宇宙是“活的”!在这一方面,弦理论解释的很好,但现有弦理论还没有真正揭开“弦”是什么?让我说,就是不同频率的振动波!下面我就基于振动波理论揭开原子结构秘密:原子核是由质子和中子组成;原子核不断地接受来自外部的振动波,产生了自身固有频率摆动波,并且不停地向外释放,所释放的摆动波携带着原子核表面暴露的质子凸起信息,每个暴露的质子可对应着一个电子(或摆动波);原子核中的质子是分层排布的,说明电子也是分层排布的,每层电子具有各自能级;原子核对电子具有万有引力,使各层电子按自己的轨道、按原子核固有频率围绕原子核旋转;电子在原子表面表现为凸起;多原子聚集在一起,可使得电子在原子之间充当“轴承“,这也是电子自旋方向同原子核自旋方向相反的原因;电子与原子核之间巨大空间里充满着振动的与外界一样的光子传播的媒介微粒子和其它少量的中微子,当然还存在超微子,只不过超微子不影响电子行为,可忽略;光子传播的媒介微粒子是单核的上夸克(或夸克对)和双核的惰性轻子;单核的上夸克对是氢式中子(可由氢分子比喻);双核的惰性轻子是氦式中子(可由氦分子比喻);我们所处的位置,正是特大黑洞高空大气层中,这里充满着像氢气、氦气一样的氢式中子气体和氦式中子气体,就像我们地球最外层大气成分氢气和氦气一样。

说了这么多,你应该明白了原子内部大部分空间里是什么了,以及为什么会这样?你明白了以后,你可能也明白了我们的宇宙是什么!你要还不明白,或还想知道更深问题,那你就关注我,我会给你答案的!欢迎朋友们指点评论!


宇启猛开2017


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


电子可不是绕和在旋转,这是经典物理的思维模式,电子的状态是量子态,我们只能把它理解为信号,该信号主要分布在在原子核外某个区域,近似为某个轨道,那原子核其他区域也会偶尔出现,当然除了电子这种信号在,还有其他粒子信号,只是现在还没被发现吧。