电子围绕原子核旋转到底有什么奥秘

我们随手扔出一块石头，石头不管飞多高多远，最终也会落到地面上来，即便飞得更高更远的人造卫星最后的结局也是回归大地母亲的怀抱，这是因为万有引力的存在，我们扔出去的物体最终都会回到地球上。

但是同样的问题却没有发生在原子内部，原子内部电子和原子核之间的万有引力虽然微弱到可以忽略不计，但是它们之前有强大的电磁力，那为什么电子最终却没有落到原子核上呢？

要回答这个问题，就要从头说起了。

一、早期的原子模型

最早的原子模型是由英国科学家道尔顿提出，他认为原子就是一个坚硬的小球，而且不可再分，同种元素的原子的性质相同。

这个观点基本是由道尔顿想象出来的，但是也非常接近实际情况了，如果不谈物理，只谈化学的话，这个观点到现在为止也可以应用，不过这也仅仅是个假说，并没有实验验证，后来支持这一观点的玻尔兹曼因为和对手争论，身心疲惫为此自杀，那么原子的观点是什么时候才为人们认可的呢？这要等到爱因斯坦出现，1905年，就是传说中的爱因斯坦奇迹年，爱因斯坦关于布朗运动的一篇论文论证了原子的存在，后来，法国物理学家佩兰根据爱因斯坦的论文做了实验，证实了爱因斯坦的观点，原子论才为人们广泛接受，没想到吧，今天耳熟能详的原子居然直到爱因斯坦才被科学界认可，由此也可以想见爱因斯坦的伟大。

不过随着科学的发展，道尔顿原子论的部分观点也出现了问题，依照道尔顿的看法，原子是不可再分的，可是英国科学家汤姆孙发现了电子，这就说明原子是可以再分的，那么原子内部是如何构造的呢？汤姆孙也凭空想象了一个模型，这倒是和道尔顿一样，汤姆孙的模型叫做枣糕模型或者叫西瓜模型，大意就是电子均匀地分布在原子内部，就象枣糕上的枣，西瓜中的西瓜籽一样。

这个比喻太形象了，只要我们想想吃的枣糕和西瓜就可以大致了解这个模型，看来汤姆孙先生也是个吃货啊。

不过汤姆孙的学生卢瑟福表示还是做个实验验证一下吧。这个不做实验凭空想象出来的理论被打脸的太多了，为了验证老师的理论，卢瑟福决定做一个实验，这就是著名的α粒子散射试验。

二、卢瑟福的实验

α粒子就是氦原子核，由两个中子和两个质子组成，带正电，质量足够大，速度足够快，这就是探究原子核内部的子弹啊。

卢瑟福用α粒子轰击金箔，依照汤姆孙的理论，原子内部是均匀的，那么穿过原子后的α粒子的偏转角度应该大致相同，就好像对西瓜扫射，这个比喻不太恰当，应该是用机枪扫射一块坚硬的钢板吧，子弹基本上偏转应该差不多，可结果呢？大部分α粒子几乎不发生偏转，非常少的阿尔法粒子发生了超过90°的偏转，甚至还有的出现了150°的偏转，这意味着什么？

这意味着原子内部大部分空间都是空的，而中间有一个坚硬的核心，穿过空的空间的α粒子没有发生偏转，而碰到核心的粒子出现了大角度偏转。

卢瑟福据此提出了原子行星模型，大意就是原子中电子围绕原子核旋转，电子带负电，原子核带正电，而且原子核极小，但集中了原子的几乎所有质量。

图1

这就是所谓的电子为什么不掉入原子核问题的由来。在卢瑟福看来，原子核就象是太阳，而电子就象是行星，就这么一直围绕着原子核旋转，那么地球不是也没有掉入太阳中吗？他们之间的万

有引力都作为向心力维持圆周运动了，这个好像解决了问题，其实还没有。

原子和太阳系不同的是原子是会释放光谱的，释放光谱就意味着能量逐步减少，能量逐步减少后，电子的速度就会降低，慢慢地就应该落到原子核上，还是用牛顿力学来解释吧，我们用绳子栓一个小石块做圆周运动，当我们不用力的时候，小石块就会慢下来，回到圆心，当然不会回到圆心，因为还受到重力作用。

按照这种情况，电子就应该落到原子核上啊，可是这种情况并没有发生，要是电子落到原子核上的话，我们的地球就会变成中子星，可是现在并没有这种情况发生啊。

三、玻尔的量子革命

卢瑟福的学生玻尔感到这个历史的重任落到了他的肩上，既然老师可以怼师爷，为什么我不可以怼一怼老师呢？

玻尔提出了他的原子模型，大意就是电子在固定的轨道上运行，并不会辐射能量，就是不发射光，但是电子在跃迁到另一个轨道时，才会辐射能量也就是发光，但是跃迁之后，又继续保持稳定，不再辐射能量，而且，关键是这个而且，这个跃迁是不连续的，必须是普朗克常数的整数倍，这就是量子论。

图2

还是来打个比方吧。玻尔的原子模型中，电子就象在赛道上的汽车一样，只能在固定的赛道上飞驰，当出现事故的时候，汽车会跳到内圈的赛道，这个时候就辐射电磁波或者叫发光，而跳到内圈跑道后，由于速度和半径都发生了变化，这就是说汽车的动能已经降低了，其能量差就等于辐射出去的电磁波，反过来也一样，要是吸收电磁波呢，电子就会跳到外圈跑道，这种从内圈跳到外圈或者外圈跳到内圈的过程就叫跃迁，不过注意啊，由于跑道中间有障碍物，汽车可是跳过去的，不是跑过去的，所以跃迁也不是连续的。

波尔的模型完美地解释了电子为什么不掉进原子核，伟大的量子论就此产生，物理学进入了一个新时代。

但是玻尔的模型也有问题，就是只适用于氢原子模型，对于多原子模型并不合适，那怎么办呢？或者说真正的原子模型一个是什么样的呢？真正的原子模型应该是电子云模型，就是电子随机出现，出现在哪里都是一种概率。

图三

这就是电子的波粒二象性，或者说根本就没有电子，存在的只是一种概率波。不过，这个模型的提出，就该那一群星星们登场了，一时间，泡利薛定谔海森堡德布罗意狄拉克波恩康普顿纷纷你方唱罢我登场，天空顿时星光灿烂。

来源：今日头条