为什么带负电荷的电子不会落到原子核上
原子及其结构的物理学一直是科学家长期以来致力于研究的重要问题。主要问题之一是为什么带负电荷的电子不会落到带正电荷的原子核上。这个问题的答案在于量子力学的核心。
最初，甚至在量子力学之前，科学家们就以电子和原子核相互吸引的方式来解决这个问题。然而，仅仅存在吸引力不足以使电子落到原子核上。相反，电子在特定轨道上围绕原子核运动，并处于保持吸引力和离心力平衡的状态。但是，在这种情况下，电子必须发射电磁波，失去能量并落到原子核上。而且，这发生的速度非常快，比你读到这句话要快得多。
事实证明，量子力学定律决定了原子中电子的行为。它们实际上并不完全在轨道上运动，而是以波的形式在轨道上运动，这就是它们不发射电磁波的原因。因此，能量守恒定律得到了满足。原子中的每个电子都具有运动的能量，称为动能，以及与原子核相互作用的能量，称为势能。根据能量守恒定律，电子的动能和势能之和必须保持恒定。
当电子在围绕原子核的轨道上运动时，它具有一定的能量。如果电子简单地落到原子核上，它的动能就会增加到无穷大，这与能量守恒定律相矛盾。如果电子撞击原子核，就会形成一个新粒子，即电子+原子核复合体。然而，电子位于原子核表面的这种状态在自然界中是不可能的。粒子变换遵循量子力学定律，限制了可能的状态和相互作用。
通过电子显微镜看到的氢原子
氢原子是最简单的例子。它由一个质子和一个电子组成。如果电子落到质子上，质子就会变成中子，电子就会消失。然而，这种转变需要能量，而中子的能量大于质子和电子的总能量。因此，能量势垒会干扰这个过程，电子不会落到原子核上。
在一些含有太多质子的重原子中，电子有时仍然可以“落到”原子核上。这个过程称为电子捕获，是一种放射性。在电子捕获中，该过程所需的能量是从原子中的其他粒子借来的。结果，电子与原子核结合，其中一个质子变成中子。随着质子数量的减少，这导致原子的化学元素在元素周期表中向左移动一个单位。
因此，重要的是要了解，由于能量守恒定律和量子力学，原子中的电子不会落入原子核。存在某些能量障碍和限制，决定了粒子之间允许的状态和相互作用。
下一篇：华为云推出首个大模型混合云