Question

电子带负电荷，原子带正电荷，为什么电子不会掉入原子核中？

Answer 1

电子带负电荷，原子带正电荷，为什么电子不会掉入原子核中？

这可能是很多朋友搞不清楚的问题！按一般意义上理解，正负电荷会互相吸引之后逐渐靠拢，并最终合为一体，无论是引力还是电磁力或者弱力与强力，都是这个结果！而正负电荷属于电磁力，为什么电子还有自己的独特的轨道？为什么还没有坠入原子核？

我们先简单介绍下原子的模型，现代原子模型是薛定谔的量子力学即电子云模型，原子核在中心，而电子则以电子概率云模式出现在原子核周围！而电子的轨道描述的只是电子并不是随机出现的，而是在它的轨道上（能级）上随机出现！

一、电子为什么会以轨道的概率云模式出现？

其实要解释清楚这个问题必须要引入另一位大神普朗克，因为他在研究黑体辐射时引入了量子的概念，他认为能量都是一份份出现的！引入这个概念后完美的解决了紫外灾变，即在计算黑体辐射强度时用到的瑞利-金斯定律在辐射频率趋向无穷大时计算结果和实验数据大相径庭的有趣结果！这个结果告诉我们，能量并不是连续的！

而我们生活中的大部分能量来源或者媒介主要就是电子的电磁辐射，电子的能级（轨道）与辐射有这密切关系，辐射后的电子会跌落到能级比较低的轨道，因此这最小的一份份就决定了电子能级的轨道是突变的，而无法做一个连续的轨道能级升迁！

而电子的另一个特性则是动量位置与动量时间是无法同时确定的，这早已有海森堡不确定性原理为之背书，当然没法告诉各位这是为什么，量子世界有其独特的运行规则，就像真空中的光速为什么是299792458米/秒一样！

二、为什么电子不会被原子核吸引？

要解释这个问题得引入两个概念

1、海森堡不确定性原理

2、泡利不相容原理

从这两个原理来说，电子靠近原子核需要有强大的能量或者压力支撑，因为不确定性原理与泡利不相容原理，使得看起来电子是坠入原子核，但其实却是爬上一座难以逾越的高山！

三、电子可以“坠入”原子核吗？

当然可以，白矮星物质的状态就是电子留在原子核外的最后倩影！因为再往前一步就是电子坠入原子核成与原子核中的质子中和成了中子，此时不再有电子，也不再有质子，有的只是被中微子带走的能量和留下的中子！

只有有足够大的引力，啥事不会发生呢？甚至一直可以坍缩到黑洞！

这个问题确实是没有系统学习量子力学之前很困惑的一点。我们就简单的来说下吧！

其实这个问题不仅仅是题主困惑，连一百多年前的物理学家就是这么认为的。著名的 原子模型枣糕模型就是这样 。

卢瑟福的散射实验证明原子里面其实绝大多数地方都是空的。电子离原子核挺远。人们才开始意识到电子不会坠入原子核！

但为什么呢?因为经典电磁学理论告诉我们 带电粒子有加速度时会释放出电磁波。那么在电子不断地释放出电磁波，必然会不断地损失能量，使得轨道越来越低，直到掉入原子核呀？

按照这个理论想，还确实是一回事。但是正是这些用经典理论无法解释的现象才促使物理新大门的打开。

其实量子力学告诉我们: 原子并不能像宏观物体一样可以释放任意小份的电磁能量。原子能够释放的能量是分立的一些值，这叫能量量子化。电子只能处在一些特定的“能级”上。所以哪怕电子带电且做着加速运动，如果将要释放的电磁能量的值不是正好等于两个能级的能量差的话，这个电磁辐射就会被禁止。所以电子可以在离原子核较远的轨道稳定运动。

看完前面你应该会想原来如此，但是我想说:稍等稍等，我要装逼了！！！

量子力学解释了为什么电子不会掉进原子核中，但是它也告诉我们事实无绝对， 电子也可以掉入原子核中(除过中子星巨大引力的那种情况)，只要超过相对论电子简并压就行了。掉进去碰上质子变成中子跟电子中微子。

如果有兴趣的话可以去了解下电子简并压，但是友情提示最好物理基础知识比较扎实。

答案：这是微观世界规律决定的，不能用经典力学去思考这个问题。

电子带负电，原子核带正电，看似异性相吸，但其中存在许多限制条件。

根据海森堡测不准原理，微观粒子的位置和动量无法同时确定，其中一个数据测得越准确，另一个数据就越不准。一般来说，电子在其能运行的轨道上，离原子核越近它的运行速度就越快，如果电子坠入原子核中，那么它的动量和位置，这两个数据都可以测得更准确，这违反了量子力学的基本规律。

微观粒子需要遵循不确定性不等式：ΔxΔp≥h/4π ，其中h是普朗克常量，Δx是粒子位置的不确定量，Δp是粒子动量的不确定量，使用时通常只在数量级上计算，作定性说明。

为什么要遵循这个规律？因为在微观世界中观察和计算到的结果就是这样的，无法解释原因，只能说清现象。

其次，电子的运行规律也会阻碍它坠入原子核中。

电子真实的存在状态，并非初高中教科书上看到的电子运动模型，电子是以概率云的形式分布在它所能存在的能级轨道上，就是在特定的轨道上会随机出现。

如果电子位于外层的高能级轨道，它想到内层的低能级轨道，需要向外辐射电磁波释放能量才行，但这个能量并非任意值，只有辐射的能量刚好等于轨道的低能差，电子才有可能向内层跃迁。