我们可以用薛定谔方程来描述电子的运动。不同的能量,可以得到不同的波函数解。说到这里,大多数人肯定还是会非常困惑。对这个模型有一大堆疑问。因为要想真正的理解电子运动的模型,就必须理解波函数,理解量子力学。这个需要一定的背景只是。可能这个也是很多人不知道电子云模型的原因。有兴趣的朋友,可以继续往下看,我尽量常识不用数学知识,向大家解释一下电子分布的模型。

第一 电子的轨迹为什么会是随机的?这是很多人都具有的疑问。这是因为,我们测量,或者观测电子位置的时候,就已经破坏了电子的运动轨迹,因为任何观测都必须对电子产生干扰。这就是量子力学中最核心的测不准原理。比如说吧,你是一个盲聋人,这时候你旁边有一个到处弹跳乱飞的弹力球,现在想让你描述这个小球的运动状态,你该怎么做呢?你唯一能对小球的操作,就是抓住他。

但是你一旦抓住小球,小球是怎么运动的你就不知道了。怎么办呢,你只有先抓住小球,然后记录下小球的位置,然后扔出去再抓住。这样慢慢的你就可以画出一副小球再房间里可能出现的点。这个就相当于电子云。但是你完全不可能知道小球之前是怎么弹跳的。第二 那么电子为什么会这个样子,为什么会分布在原子核周围。我们知道牛顿第一定律,任何不受外力的物体,只有可能处于静止或者迅速直线运动状态。

电子也不例外。很显然电子在原子核外不是静止的,那么理论上电子应该要么被原子核吸引过去,和原子核碰撞,要么就应该越过原子核飞走啊。为什么会在原子核周围随机运动?这是因为,真空实际上时刻都存在一种叫做真空涨落的现象。 也就是说,真空中并不是什么都没有,而是在非常短的时间内,会生成电子和反电子对,这个电子与反电子对又会立即湮灭,形成能量。

这个过程非常短,所以宏观看上去什么都没发生过。那么,当把一个原子核放在真空中时,带正电的原子核会吸收光子,对周周围的真空激发,形成了大量的正电子,负电子对。这些正负电子对又会迅速生成光子。存在与原子核周围的这些正负电子对和光子,就是静电场。当一个电子进入这片区域时(原子捕获电子),电子会和正电子湮灭形成新的光子。

而这个时候,原本平衡的正负电子对,就多出来了一个电子。这个电子又会和别的正电子湮灭。这个过程会在原子核周围不断重复。这就是电子为什么如鬼魅一般在原子核周围随机运动的原因。以上内容就是量子电动力学的核心思想。当时,实际情况要比上面的情况复杂的多,可以作为一门专门的课程了。量子电动力学的原子模型,是目前唯一一个最靠谱,最完善的模型。

能量不能凭空产生,那么宇宙中的起始能量怎么来的呢?宇宙是不是个永动机?

如果我们把宇宙当作整个外在的客观世界,那么宇宙的产生与膨胀就是一个从无到有的过程。这是违反质能守恒原则的。之所以会得出如此矛盾的结论,是因为我们一方面把宇宙视为抽象的概念,而另一方面却又将宇宙当作一个具体的物体。前者是无限的,没有起始与生成,其最多只是存在形式的转换;而后者则是有限的,是一个由隐到显的形式变化过程,其存在的时间是有限的,有着一个诞生与消亡的具体演化过程。

既然质能守恒是人类千百年来认识到的一个基本定律,既然宇宙有一个具体的创生过程,是在不断地膨胀,说明我们的宇宙仅只是一个具体的物体,是自然界的一部分。由于自然界具有不连续性,存在着质的变化。当自然界发生波动,导致其局部远离平衡态时,就会使该高能的局部暂时形成耗散结构,即形成了不稳定的能量聚集状态。这一耗散结构的具体表现形式,就是由不可再分的最小粒子构成的封闭体系。

该体系在其解体之前,具有相对的独立性。这就好比是一个气球?,其内外部的粒子是相对隔绝的。于是,作为封闭体系的宇宙,其存在的状态取决于宇宙内外部空间粒子能量密度的比值。所谓能量密度,就是我们常用的物理参量——压强,面积乘以压强等于力。所以,宇宙的初始能量,来自自然界的波动;而宇宙膨胀的动能,则是由宇宙外部空间对其压缩所产生的势能转化而来的。

这就好比是一根弹簧,在被压缩之后,其迟早会进行反转,将其所获得的势能转化为动能,对外进行膨胀。只是,随着宇宙的膨胀,其势能会大幅减少,从而使宇宙的膨胀动力减弱。于是,宇宙的膨胀趋于平缓,进入了相对平稳的状态。这就是为什么,我们宇宙中的各种天体,在百十亿年间得以稳定存在,从而可以有机会演化出各种不同阶段的天体,如星云、恒星、白矮星、中子星和黑洞等。

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