电子是围绕原子核以光速运动吗?

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2022-05-26 · TA获得超过1.7万个赞
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首先说,网络上关于电子围绕原子核旋转的图片描述都不严谨,也并不准确,也误导了不少人,有些人就因此认为原子结构与太阳系结构非常相似,其实一点也不像,相差很大!

简单说,任何有静止质量的物体都无法达到光速,而电子也是有质量的(虽然质量很小),所以电子只能接近光速,无法达到光速!

电子的运动方式和规律不能用经典物理去理解,严格讲电子并不是围绕着原子核旋转,而是处于不同的能级,从低能级到高能级会吸收能量,反之释放能量,释放的能量会以光子的形式呈现!

同时,根据量子不确定性原理,我们无法同时确定电子的具体位置和速度,因为我们任何形式上的测量都不可避免地影响电子原来的状态!

所以,电子的速度无论如何不能达到光速,而且我们也无法准确测量电子的具体状态,只能用概率去描述!而我们见到的光大部分都是个电子的能量跃迁过程中释放出来的,比如说太阳发光的原理就是这样的!

我们也不要再用原子的结构比作太阳系的结构,这两种结构完全不同,没有可比性!

电子不是围绕原子核以光速运动。

对电子的运动没法用经典物理的轨道运动来完整刻画。事实上所谓电子“绕原子核运动”这个说法本身也是有问题的。 绕核运动的说法只是人们类比经典物理的图景给出的一个解释,但这个解释遇到很本质的困难,比如如果按照这个理论计算,电子的轨道半径理论上可以是连续的,但是这就与原子的离散光谱现象矛盾了。事实上正是100年前尝试解决这个矛盾的努力直接导致了量子力学的发展。 而量子力学对此的解释要复杂得多。简单的说,量子力学认为能测量到的量才是有意义的,所有的物理定律应该只能建立在能够测量得到的物理量的基础上。所以对氢原子结构,也就是电子围绕原子核转动,的解释只能建立在能观测到的量之上。

这些量是什么?首先电子的位置肯定不是。一个原因是因为以当时的技术,根本测量不到也就是观测不到电子绕核转动的轨道,这轨道鬼都没见过在哪;另一个原因就是海森堡测不准原理,即理论上就不可能测出一条电子轨道而不干扰电子的运动轨迹。 能测的比如能量差,也就是电子从一个轨道能级跃迁到另一个能级时释放的光子的能量,也就是原子光谱。所以量子力学只能建立在这些能测得的物理量的基础之上。这也是为什么测量在量子力学中的地位是如此重要的原因,因为从一开始引入这套力学就是建立在测量量的基础之上。

因此,电子并不绕核以光速运动。甚至“绕核运动”这种说法并不确切,“绕核运动”只是一种类比经典物理的说法而已。

感谢大家的观看!

任何静止质量不为零的粒子的运动速度都不能达到光速,电子的静止质量为9.1×10^-31千克,因此电子的运动速度不能达到光速。根据科学家的测量,氢原子中基态电子的绕核速度大约是光速的1/137倍。

电子绕原子核运转,但运动形式跟行星绕恒星的经典模式不一样。电子的运行轨迹是不确定的,是不连续的。通常我们所说的电子运行轨道,是电子在核外空间概率密度分布的经典描述。电子在核外空间以概率波的形式出现,像云笼罩在原子核的周围,人们形象地将此称为电子云。

电子在原子核外按能级的不同分层排列。电子运动的空间被叫电子层,电子总是先排列在能量最低的电子层里,然后依次排满。第一层最多可有2个电子,第二层最多可以有8个,第n层最多可容纳2n^2个电子,最外层最多容纳8个电子,次外层不超过18个,倒数第三层不超过32个。电子通过吸收和释放能量,可以进行能级间的跃迁。

电子的位置和速度是不能同时确定的,这是电子的内禀属性。电子绕核运动十分复杂,速度是实时变化的,与核的距离也在不断变化,但是有一个确切的概率分布区间。电子具有的能量越高,离原子核也就相对越远。处于不同能级的电子的运动速度及动质量是不同的,因此所具有的能量也是不同的。

电子绕原子核运动过程中速度并非恒定,但也不会等于光速,更不像量子力学说的那样成电子云状分布!一般速度在每秒数百~数千公里。虽运动轨迹不是圆的,也不固定。这是因为原子核不但不固定,还得靠电子改变运动方或和轨迹为其提供力量以保持在相对稳定的区域内。由此可知:电子无固定运动轨道一点不奇怪。但也不是说电子可乱蹦乱跳,虽存在一定幅度的变速,但轨迹是连续圆滑的!不可能像量子力学说的同一时刻即可能在这,又可能在哪,甚至呈云状分布!只有一定时间段内电子运动轨迹的总和才可能呈摡率分布或剖面上成云状分布。要特别分清时刻与时间段运动及轨迹的区别!不要被量子力学所蒙蔽!

电子在原子里,正常情况下不属于静止态,电子处于运动状态是绝对的,行星模形能很好地解释原子内部运动状态和物质结构。倘若电子处于静止态,必具有势能,宇宙中的电子不存在绝对静止态。倘若电子以光速运动,势能瞬间消失,电子只具有动能了。电子自然而然地脱离原子时所具有的速度就是光速,达到光速的电子才可能成为自由电子,光电现象就是最好的实验。

电子能级跃迁是客观自然规律,说明电子是运动的,是绕原子核作轨道运动的,并且存在自旋。电子沿导线表面运动(最易克阻运动是在导线表面),其它地方逐渐减少。电子自然性是在稳定的原子轨道上,当动能增加时,才有可能跃迁,才有可能脱离原子束缚而成为自由电子。对原子内部给能,不是单独只对电子给能,是对整个原子的所有空间给能。电子动能增加(如同宇宙速度),才使电子脱离原子核成为自由电子。

在原子空间层,是稳固的封闭状态,电子在空间层内运动受原子核力的控制,轨道速度低于光速,达到光速就冲破核力成为自电子了。至于电子为什么在原子核内是低光速,依据电子光速为脱离速度,超光速现象客观上成为不可能的事实。现代量子力学探讨的是微观世界,探讨的是原子结构,只探讨能量不科学,能量不能脱离物质单独存在。

非也!电子是具有宏观相对静止状态的闭环电磁纠缠单元,有静态质量。光子是作开链纠缠运的电磁单元,运动是它的天性,没有静态质量,但有动态质量。电子因俘获光子而被裹挟运动。因此电子可以接近光速运动,但永远不可能达到光速。因为它的速度是光子带它运动获得的,并不是自己拥有的

电子是金属态氢离子的“磁力矩”。

电子轨道是虚拟的,金属态氢离子的光速自旋产生“磁力矩”。

原子处于“激发状态”时部分金属态氢离子参与化学反应,就是“核外电子”。所谓的“内层电子”的“磁力矩”没有激发,就是“低速低能”状态。

电子绕核运动不是以光速运动。

电子绕核运动的轨迹是闭合曲线,也就是曲线运动而非直线运动。曲线运动如果以光速运行,其切线速度肯定会大于光速,这在相对论中是不允许存在的。

费米曾作过实验,在巨型高能加速器中运行的电子,即使达到高能加速的极限,电子的运行速度依然无法达到光速。证明相对论的光速不变原理,至少目前还能得到实验的支持。

首先,我要提醒一下题主,速度本身是个经典概念,在量子力学中是无法求出速度的本征值的;

然后,我们分析最简单的质子-电子模型,按经典理论分析,在最内侧轨道上,电子速度为ac,a表示精细结构常数,即为光速的1/137,当核电荷数趋近于137时,电子速度趋近于光速。

最后,处于不同能级的电子速度、总能(质)量是不一样的,但它的静质量是不变的!

电子的运动不是用物理概念来描述的。这属于玄学。轨道层中,电子它想在哪就在哪,或者说你想让它在哪它就在哪。
希卓
2024-10-17 广告
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本回答由希卓提供
匿名用户
2024-10-31
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电子并不是围绕原子核以光速运动,实际上它的速度远远低于光速。这个问题需要结合经典物理和量子力学的不同描述来分析电子的运动状态以及其速度的科学依据。下面我将详细说明。


1. 电子的速度不是光速

根据现代物理学,电子在原子核周围的运动速度远低于光速。光速 𝑐 大约是 3×10⁸  米每秒,而在原子尺度上,电子的速度可以通过一些理论模型来估算,通常在 10⁶ 米每秒左右。以氢原子为例,其电子速度约为 2.18×10⁶  米每秒(大约为光速的 1/137),这是根据量子力学和经典理论相结合的玻尔模型来估算的。

2. 经典玻尔模型对电子速度的估算

在经典物理学中,最早对电子绕原子核运动的描述由尼尔斯·玻尔提出的玻尔模型给出。玻尔模型是早期解释氢原子电子行为的理论,虽然它有局限性,但在某些方面提供了对电子运动的直观理解。

根据玻尔模型:

电子绕核的圆周轨道上存在特定的角动量条件,即电子的角动量 𝐿 量子化,满足𝐿=𝑛ℏ,其中 𝑛 是主量子数,ℏ 是约化普朗克常数。通过能量和轨道半径的计算,可以得到电子的轨道速度。这种模型中,氢原子基态的电子绕核运动速度为大约 2.18×10⁶ 米每秒,这个速度是光速的 1/137 左右。

玻尔模型虽然不能完全解释电子的波动性,但它确实表明电子速度是有上限的,且远小于光速。

3. 量子力学的描述

在量子力学中,电子在原子核周围并不是沿着确定的轨道以某个速度运动。电子的状态用波函数来描述,波函数的模平方表示电子在空间中某个位置的概率分布。这种描述方式表明电子以一种概率云的方式在核周围存在,而不是像经典行星绕恒星那样有一个明确的轨道和速度。

在量子力学框架下,电子的运动状态具有波动性和不确定性,这意味着我们不能同时精确地知道电子的位置和动量(或速度)。这种不确定性由不确定性原理决定,使得电子的速度和位置无法精确测定为固定值。

但在量子态中,我们仍可以通过能量来间接推算电子的平均动量,从而得到一个“等效速度”。即使在这种情况下,电子的等效速度依然远远小于光速。例如,在氢原子的基态,电子的速度仍然约为光速的 1/137。

4. 电子的速度和相对论考虑

如果电子的速度接近光速,电子的相对论效应就需要被考虑。根据相对论,当物体的速度接近光速时,其质量会显著增加,能量也会发生变化。电子的质量为静止质量 𝑚ₑ≈9.1×10⁻³¹ 千克,如果电子的速度接近光速,其相对论质量将迅速增加,能量也将需要通过爱因斯坦的质能方程 𝐸=𝛾𝑚ₑ𝑐² 来描述。

在原子中,电子的速度远小于光速,因此相对论效应并不显著。这也是为什么非相对论量子力学,如薛定谔方程,可以有效地描述电子在原子中的行为。对于速度接近光速的电子(例如高能粒子或在强磁场中的电子),就需要使用狄拉克方程这种相对论量子力学来进行描述。

5. 科学依据总结

电子的速度在原子尺度上远低于光速,这一结论来源于以下几种科学依据:

  • 玻尔模型:对氢原子中电子绕核的经典轨道速度进行估算,得出电子速度约为光速的 1/137。

  • 量子力学:电子状态由波函数描述,其存在的区域为概率分布,没有经典意义上的“速度”,但电子的动量和能量仍远低于光速相关的相对论效应。

  • 相对论效应:电子速度如果接近光速,会导致其质量增加以及明显的相对论效应,而在原子尺度下并未观察到这种现象,进一步表明电子速度远低于光速。


总结

  • 电子在原子核周围的运动速度远远低于光速,通常在 10⁶ 米每秒的量级。

  • 玻尔模型中的计算显示氢原子基态电子的速度大约为光速的 1/137。

  • 量子力学中,电子的运动以波函数的概率分布来描述,而不是确定的轨道和速度,但其平均动量也表明电子速度远小于光速。

  • 相对论效应在电子的描述中并不显著,进一步证明电子的速度远低于光速。

因此,电子绕原子核的运动并不是以光速进行的,而是具有显著低于光速的速度,这一速度范围符合量子力学对原子结构的描述,并且在经典和量子模型中都得到了支持。

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