最后,解决问题的是波尔的学生海森堡,他提出了不确定性原理。在这个理论中,电子在原子核外,呈现电子云的形式。
但问题来了,这样就真的确保了电子可以不掉落到原子核内么?
水往低处流实际上,你听到这里,还是觉得不太靠谱了。实际上,还存在着两个原因。我们先来说的一个,我们都知道,水是往低处流的。这种现象并不是偶然,说白了它是能量最低原理造成的。万物都是“懒”的,都有个趋势,从能量高的地方往能量低的地方去。那这和这个问题有什么关系呢?
如果电子掉落到原子核内,电子会和质子反应,生成一个中子。(这个过程还会中微子的出现,不过由于中微子质量特别特别小,不影响最终结果,因此,我们就不把它算在内)
那问题来了,这个反应能自发进行么?
实际上并不能,核心原理就在于
“电子 质子的总能量”<“中子的能量”
可能你要问了,它们不都是是物质粒子么?为什么还会有能量这说法?
这就要说到爱因斯坦的质能等价了,这个理论告诉我们一个道理,那就是质量和能量其实是一个东西的两个体现,质量里是有能量的,能量里是有质量的。它们是相互对应的关系,具体的对应就是E=mc^2。因此,我们可以得到微观粒子的能量。
- 电子的能量是:0.510 MeV
- 质子的能量是:938.272 MeV
- 中子的能量是:939.565 MeV
因此,电子和质子的总能量就是0.510 MeV 938.272 MeV=938.782 MeV,这个能量要小于中子的能量。因此,电子和质子并没有办法自发反应,除非有能量的输入。
相反,正是由于中子的能量要大于质子和电子的能量,中子在弱相互作用下,是有一定概率发生衰变,成为一个质子和电子的,这就要远比质子和电子反应生成中子容易的多。