上圖就是巴爾末發(fā)現(xiàn)的氫原子光譜線,根據(jù)盧瑟福的原子模型,核外電子在放射輻射能時(shí),電子的能量一定要減少(能量守恒),電子就不斷接近原子核,最后電子落到原子核上,和原子核(質(zhì)子)結(jié)合,變成中子。所以根據(jù)古典力學(xué)的理論,原子是不穩(wěn)定的,隨時(shí)隨地變成中子。所以如果用古典力學(xué)去解釋原子結(jié)構(gòu),原子的確是要塌陷的。但事實(shí)是原子沒有塌陷(至少在地球上,至于說中子星,那只能讓民科去發(fā)揮了,我沒有這個(gè)想像力),波爾為了解決這個(gè)難題,在盧瑟福原子模型的基礎(chǔ)上,用庫(kù)侖定律,牛頓力學(xué),再揉合了普朗克的量子理論,搞了個(gè)大雜燴,提出了三點(diǎn)假設(shè),一,電子在能量不連續(xù)的穩(wěn)定的軌道上運(yùn)行時(shí),是不輻射電磁能量的。二,電子在不同的電子軌道上躍遷時(shí)吸收或輻射能量。三,這些穩(wěn)定軌道的主量子數(shù)是n=1,2,3,。。。(參考上面第二個(gè)圖)根據(jù)波爾理論,就很好地解釋了氫原子的光譜圖,當(dāng)電子從外層躍遷到內(nèi)層時(shí)就輻射出光,不同的躍遷就產(chǎn)生不同的光,形成光譜。這就是波爾的量子理論,但他的理論是有缺陷的,他把核外電子還是簡(jiǎn)單的看成粒子,在他規(guī)定的軌道上繞核運(yùn)行,他是用古典理論強(qiáng)加上量子條件,有點(diǎn)牽強(qiáng),不倫不類。 由于波爾的理論的缺陷,海森堡,薛定諤等人,根據(jù)愛因斯坦的微觀粒子的波粒二象性,提出了一整套完整的量子力學(xué)理論。電子的波動(dòng)性,可以用電子的單縫衍射的實(shí)驗(yàn)來說明,把單個(gè)電子,通過狹縫,在屏幕上就會(huì)出現(xiàn)下面的圖像,說明電子運(yùn)行具有波動(dòng)性,它的位置是不確定的。 在此基礎(chǔ)上,海森堡提出了測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式ΔχΔΡ=h。進(jìn)一步,德布羅意指出,電子波也是一種物質(zhì)波,物質(zhì)波是幾率波。核外電子所謂的軌道,實(shí)際是波函數(shù)ψ,而它的幾率就是ψ2,所以核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),只能用電子云來描述,電子云表示電子在這個(gè)位置出現(xiàn)的幾率,電子云密度大表示該位置電子出現(xiàn)的幾率大,電子云的大小,表示電子在核外出現(xiàn)的范圍。而不能用像地球繞太陽(yáng)那樣的運(yùn)動(dòng),來描述電子的運(yùn)動(dòng)。上面的圖就是氫原子在基態(tài)時(shí)的電子云。薛定諤在海森堡,德布羅意的基礎(chǔ)上,提出了偉大的薛定諤方程式,奠定了量子力學(xué)的基礎(chǔ)。薛定諤方程式的表達(dá)式是:Δ2ψ+2m/h2(E-U)Ψ=0。這里,Δ2是拉普拉斯算符,ψ就是波函數(shù),它的平方就是幾率,m是質(zhì)量,h是普朗克常數(shù),E是能量,U是勢(shì)能。 所以核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),只能用電子云來描述,電子云就表示該電子在核外某個(gè)位置出現(xiàn)的幾率。電子云其實(shí)就是波函數(shù)平方——ψ2的形象的表述,它有主量子數(shù)(電子層數(shù)),角量子數(shù)(形狀),磁量子數(shù)(伸展方向),自旋量子數(shù)(正反方向自旋)。核外電子,在穩(wěn)定狀態(tài)下,遵循最低能量原則,包里不相容原理,洪特規(guī)則,以次在相應(yīng)軌道上運(yùn)行。 而回答你第二個(gè)問題,是要反過來回答的,不是因?yàn)榱孔恿W(xué)這個(gè)理論,導(dǎo)致原子不會(huì)塌陷,而正因?yàn)樵谖覀冞@個(gè)世界里,原子是不會(huì)塌陷的,電子是不會(huì)落到原子核上,被質(zhì)子吸收,變成中子的,我們的科學(xué)家才提出了量子力學(xué)這個(gè)理論,來解釋原子不會(huì)塌陷的道理,而且在微觀世界里,被證明是正確的。物理的目的就是去發(fā)現(xiàn)自然界的規(guī)律,并合理地去解釋這些規(guī)律。 |
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