因为在量子力学中,能量是一份一份的,这个条件限制了电子围绕原子核运动的轨道,使得一般情况下电子不会坠入原子核。
原子的经典模型
1897年汤姆生发现电子,经典物理学对原子的模型,就是电子围绕原子核运行,电子带负电,原子核带正电,由库仑力提供向心力。
根据经典力学的描述,电子绕核做圆周运动,就会对外产生电磁辐射,使得电子损失能量,然后轨道降低,直到坠入原子核,经过计算,该过程几乎就是瞬间完成的,按照经典力学的模型,原子几乎不可能稳定存在,这个问题一直困扰着物理学家们。
量子力学的描述
在一百多年前,经典力学的科学家们不止遇到这么一个棘手的问题,其中德国科学家普朗克,为解决黑体辐射问题提出量子的概念,从此打开了量子力学的大门。
根据量子力学的描述,电子发射的能量是一份一份的,能量不可能无限细分,于是电子围绕原子核运动,辐射的电磁波(光子)能量是受到限制的,这使得电子只能以特定的轨道围绕原子核运动,不会坠入原子核。
量子的提出,解决了经典力学的很多问题,也彻底改写了原子的物理模型,目前量子力学解释电子绕核运动的是电子云模型,电子在当前轨道附近出现的概率最大。
电子真的无法坠入原子核吗?
当然也有特殊情况,由于相对论速度是有限值,当原子所处的能量态很高,超过了电子简并压力时,电子也是可以坠入原子核的,此时电子会坠入原子核与质子中和,形成不带电的中子,并由中微子带走一部分能量。
这种情况发生在中子星形成时,恒星强大的引力超过了电子简并压力,然后由中子简并压力抵抗万有引力,当中子简并压力也无法抵抗引力时,中子星会继续塌缩成夸克星或者黑洞。