我們隨手扔出一塊石頭，石頭不管飛多高多遠(yuǎn)，最終也會(huì)落到地面上來，即便飛得更高更遠(yuǎn)的人造衛(wèi)星最后的結(jié)局也是回歸大地母親的懷抱，這是因?yàn)槿f(wàn)有引力的存在，我們?nèi)映鋈サ奈矬w最終都會(huì)回到地球上。

但是同樣的問題卻沒有發(fā)生在原子內(nèi)部，原子內(nèi)部電子和原子核之間的萬(wàn)有引力雖然微弱到可以忽略不計(jì)，但是它們之前有強(qiáng)大的電磁力，那為什么電子最終卻沒有落到原子核上呢？

要回答這個(gè)問題，就要從頭說起了。

一、早期的原子模型

最早的原子模型是由英國(guó)科學(xué)家道爾頓提出，他認(rèn)為原子就是一個(gè)堅(jiān)硬的小球，而且不可再分，同種元素的原子的性質(zhì)相同。

這個(gè)觀點(diǎn)基本是由道爾頓想象出來的，但是也非常接近實(shí)際情況了，如果不談物理，只談化學(xué)的話，這個(gè)觀點(diǎn)到現(xiàn)在為止也可以應(yīng)用，不過這也僅僅是個(gè)假說，并沒有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，后來支持這一觀點(diǎn)的玻爾茲曼因?yàn)楹蛯?duì)手爭(zhēng)論，身心疲憊為此自殺，那么原子的觀點(diǎn)是什么時(shí)候才為人們認(rèn)可的呢？這要等到愛因斯坦出現(xiàn)，1905年，就是傳說中的愛因斯坦奇跡年，愛因斯坦關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的一篇論文論證了原子的存在，后來，法國(guó)物理學(xué)家佩蘭根據(jù)愛因斯坦的論文做了實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了愛因斯坦的觀點(diǎn)，原子論才為人們廣泛接受，沒想到吧，今天耳熟能詳?shù)脑泳尤恢钡綈垡蛩固共疟豢茖W(xué)界認(rèn)可，由此也可以想見愛因斯坦的偉大。

不過隨著科學(xué)的發(fā)展，道爾頓原子論的部分觀點(diǎn)也出現(xiàn)了問題，依照道爾頓的看法，原子是不可再分的，可是英國(guó)科學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，這就說明原子是可以再分的，那么原子內(nèi)部是如何構(gòu)造的呢？湯姆孫也憑空想象了一個(gè)模型，這倒是和道爾頓一樣，湯姆孫的模型叫做棗糕模型或者叫西瓜模型，大意就是電子均勻地分布在原子內(nèi)部，就象棗糕上的棗，西瓜中的西瓜籽一樣。

這個(gè)比喻太形象了，只要我們想想吃的棗糕和西瓜就可以大致了解這個(gè)模型，看來湯姆孫先生也是個(gè)吃貨啊。

不過湯姆孫的學(xué)生盧瑟福表示還是做個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下吧。這個(gè)不做實(shí)驗(yàn)憑空想象出來的理論被打臉的太多了，為了驗(yàn)證老師的理論，盧瑟福決定做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這就是著名的α粒子散射試驗(yàn)。

二、盧瑟福的實(shí)驗(yàn)

α粒子就是氦原子核，由兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子組成，帶正電，質(zhì)量足夠大，速度足夠快，這就是探究原子核內(nèi)部的子彈啊。

盧瑟福用α粒子轟擊金箔，依照湯姆孫的理論，原子內(nèi)部是均勻的，那么穿過原子后的α粒子的偏轉(zhuǎn)角度應(yīng)該大致相同，就好像對(duì)西瓜掃射，這個(gè)比喻不太恰當(dāng)，應(yīng)該是用機(jī)槍掃射一塊堅(jiān)硬的鋼板吧，子彈基本上偏轉(zhuǎn)應(yīng)該差不多，可結(jié)果呢？大部分α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，非常少的阿爾法粒子發(fā)生了超過90°的偏轉(zhuǎn)，甚至還有的出現(xiàn)了150°的偏轉(zhuǎn)，這意味著什么？

這意味著原子內(nèi)部大部分空間都是空的，而中間有一個(gè)堅(jiān)硬的核心，穿過空的空間的α粒子沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而碰到核心的粒子出現(xiàn)了大角度偏轉(zhuǎn)。

盧瑟福據(jù)此提出了原子行星模型，大意就是原子中電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)，電子帶負(fù)電，原子核帶正電，而且原子核極小，但集中了原子的幾乎所有質(zhì)量。

圖1

這就是所謂的電子為什么不掉入原子核問題的由來。在盧瑟?？磥?，原子核就象是太陽(yáng)，而電子就象是行星，就這么一直圍繞著原子核旋轉(zhuǎn)，那么地球不是也沒有掉入太陽(yáng)中嗎？他們之間的萬(wàn)

有引力都作為向心力維持圓周運(yùn)動(dòng)了，這個(gè)好像解決了問題，其實(shí)還沒有。

原子和太陽(yáng)系不同的是原子是會(huì)釋放光譜的，釋放光譜就意味著能量逐步減少，能量逐步減少后，電子的速度就會(huì)降低，慢慢地就應(yīng)該落到原子核上，還是用牛頓力學(xué)來解釋吧，我們用繩子栓一個(gè)小石塊做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)我們不用力的時(shí)候，小石塊就會(huì)慢下來，回到圓心，當(dāng)然不會(huì)回到圓心，因?yàn)檫€受到重力作用。

按照這種情況，電子就應(yīng)該落到原子核上啊，可是這種情況并沒有發(fā)生，要是電子落到原子核上的話，我們的地球就會(huì)變成中子星，可是現(xiàn)在并沒有這種情況發(fā)生啊。

三、玻爾的量子革命

盧瑟福的學(xué)生玻爾感到這個(gè)歷史的重任落到了他的肩上，既然老師可以懟師爺，為什么我不可以懟一懟老師呢？

玻爾提出了他的原子模型，大意就是電子在固定的軌道上運(yùn)行，并不會(huì)輻射能量，就是不發(fā)射光，但是電子在躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，才會(huì)輻射能量也就是發(fā)光，但是躍遷之后，又繼續(xù)保持穩(wěn)定，不再輻射能量，而且，關(guān)鍵是這個(gè)而且，這個(gè)躍遷是不連續(xù)的，必須是普朗克常數(shù)的整數(shù)倍，這就是量子論。

圖2

還是來打個(gè)比方吧。玻爾的原子模型中，電子就象在賽道上的汽車一樣，只能在固定的賽道上飛馳，當(dāng)出現(xiàn)事故的時(shí)候，汽車會(huì)跳到內(nèi)圈的賽道，這個(gè)時(shí)候就輻射電磁波或者叫發(fā)光，而跳到內(nèi)圈跑道后，由于速度和半徑都發(fā)生了變化，這就是說汽車的動(dòng)能已經(jīng)降低了，其能量差就等于輻射出去的電磁波，反過來也一樣，要是吸收電磁波呢，電子就會(huì)跳到外圈跑道，這種從內(nèi)圈跳到外圈或者外圈跳到內(nèi)圈的過程就叫躍遷，不過注意啊，由于跑道中間有障礙物，汽車可是跳過去的，不是跑過去的，所以躍遷也不是連續(xù)的。

波爾的模型完美地解釋了電子為什么不掉進(jìn)原子核，偉大的量子論就此產(chǎn)生，物理學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。

但是玻爾的模型也有問題，就是只適用于氫原子模型，對(duì)于多原子模型并不合適，那怎么辦呢？或者說真正的原子模型一個(gè)是什么樣的呢？真正的原子模型應(yīng)該是電子云模型，就是電子隨機(jī)出現(xiàn)，出現(xiàn)在哪里都是一種概率。

圖三

這就是電子的波粒二象性，或者說根本就沒有電子，存在的只是一種概率波。不過，這個(gè)模型的提出，就該那一群星星們登場(chǎng)了，一時(shí)間，泡利薛定諤海森堡德布羅意狄拉克波恩康普頓紛紛你方唱罷我登場(chǎng)，天空頓時(shí)星光燦爛。

來源：今日頭條