茶啊二中2024年10月13日发布:电子与原子核同带电荷，为何不相互吸引？朱丽倩：被“藏”23年，46岁才敢生子，如今苦尽甘来

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对于微观世界的神秘结构，许多人都熟悉这样一种观点：电子如同行星环绕太阳那样围绕着原子核运动。

然而，将电子描述为环绕原子核旋转的模型并不甚精确。电子的行为并非与行星绕太阳运行完全相同。若真如此，电子在移动过程中会持续向外辐射能量，逐渐耗散，最终应会撞击到原子核上。

但实际情况并非如此，电子并未被吸入原子核中，这表明，我们不能简单地运用熟知的经典物理学去解释原子内部的动态。

原子核与电子的存在形态属于微观范畴，应当借助主宰微观领域的量子力学理论来进行阐释。接下来，我们尝试以一种通俗易懂的方式来解析电子的运动方式，以及它们为何不会受原子核吸引而坠落。

提及电子运动，就不能不提电子跃迁这一现象。

在量子领域，我们无法同时确定一个微观粒子的位置与速度，只能借助概率来进行描述，这就是所谓的“波函数”。那么，波函数是如何求得的呢？

薛定谔方程为我们提供了答案。这一方程在量子力学中的地位，不亚于牛顿力学在宏观世界中的地位。

由于宏观世界和微观世界遵循的规则截然不同，因此，我们不能单纯运用牛顿的定律来解释量子现象。

那么，量子跃迁又是什么呢？简而言之，电子处于较高的能级状态时，一旦遭遇干扰，它们便会随机地跃迁到较低的能级，并在此过程中释放出能量。

可以将此过程类比为山上的石头，处于较高位置的石头（相当于电子的高能级状态）天然地倾向于滚落至山谷（电子的低能级状态）。一旦受到外力推动，如你轻轻一推，石头便会沿着山坡滚落至谷底。

但电子究竟会跃迁至何处？

不确定性告诉我们，我们无法精确地描绘电子的跃迁路径和最终位置，只能用概率来描述，也就是说，我们只能描绘电子在某处跃迁的概率，这便是电子云所描述的内容。

同时，由于能量不是连续的，而是呈离散状态（量子化），电子在跃迁时释放的能量只能是两个特定能级之间的能量差，不会连续辐射出能量。同样，如果电子吸收能量进行高能级跃迁，也只能吸收特定的能级差，并非所有能量都能推动电子进入更高的能级。

那么，电子为何会从高能级跃迁至低能级？究竟是何种扰动导致了电子的跃迁？

简单来说，电子似乎更倾向于保持稳定状态，而处于低能级的电子比高能级的电子更为稳定。

可以再次引用山石的比喻。山顶上的石头（代表高能级的电子）不稳定，但一旦滚落至谷底（代表低能级的电子），石头便变得非常稳定，不太可能受到外界扰动的影响而改变其位置。正如你只需轻轻一推山顶的石头，它便会顺势下落。

然而，这样的通俗解释可能并未完全打消你心头的疑虑。你可能还想知道，究竟是何种扰动引发了电子的跃迁。

众所周知，原子由原子核与电子构成，原子核非常微小，仅占原子半径的极小一部分，而电子的体积更小。因此，原子内部绝大部分空间实际上是一片“真空”。

然而，这里的“真空”并非空无一物，相反，那里是一片生机勃勃的景象。

在极短的瞬间，真空会随机产生虚粒子，比如正电子和负电子，随后它们迅速湮灭，转化为能量。

这听起来像是“无中生有”，似乎违背了能量守恒定律，但实际上并没有。

根据量子力学的不确定性原理，只要粒子从产生到湮灭的时间足够短，这一过程便可发生。在此期间产生的能量即为基态能量，也称之为“真空零点能”。

因此，所谓的“真空”（即原子内部空间）实际上并不空洞，而是热闹非凡，如同翻滚的海洋，持续上演着粒子产生与湮灭的过程，即“量子涨落”。

正是这种量子涨落对处于其中的电子产生了扰动，促使电子跃迁至较低的能级并释放能量。而如果电子吸收了外界的能量，则可能会跃迁至更高的能级。当电子吸收足够的能量时，便有可能跃迁至一个不受原子核束缚的“高能级”，从而变成等离子体状态，成为自由电子。

事实上，电子不断地在高能级与低能级之间进行跃迁，呈现出电子云的状态，而非环绕原子核旋转。这就是电子不会被原子核的引力吸入的原因。

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