你可能理解错了,电子的自旋并不是自转,电子也没有绕原子核转动

刁博

发布时间:19-04-0319:58

卢瑟福通过他的α粒子散射实验发现原子内部存在一个很小的带正电的核,这个核集中了原子的几乎全部质量,带负电的电子就被卢瑟福安排在原子核外围绕着原子核转动,就像行星围绕着太阳转动那样。这就是卢瑟福给出的原子的行星模型。记得我在初中时学的原子模型就是这样的,这个行星模型在二十多年前还被视为科技的标志。

卢瑟福的行星模型存在着致命的缺陷,电子绕核运动会辐射能量,随着能量的释放电子最终会坠入原子核,这样我们周围的原子都会塌陷到几乎不留体积。可现实中不会发生这样的现象。玻尔后来将量子化概念引入到氢原子模型时,仍然保留了电子绕核运动的形式,但是强加了绕核转动不会辐射能量。在玻尔的氢原子模型里仍然存在着轨道这样的概念。

玻尔的原子模型只能解释最简单的氢原子光谱及氦离子光谱,对两个电子的氦原子光谱就无能为力了,也不能解释氢原子光谱的精细结构。为了解释光谱的精细结构,乌伦贝克及古兹密特给出了电子的自旋概念。当时提出自旋时就是假设电子像地球自转那样也在绕着一个轴转动。

自旋假设的论文还没来得及投出去,就发现了重大问题,通过计算可以发现,如果电子真的绕着轴自转,其边缘上的线速度将大大超过光速。

尽管有问题,乌伦贝克和古兹密特的老师艾伦费斯特还是将论文投了出去。后来人们认识到,自旋概念的提出是物理学上的重大事情。

现在人们认识到,自旋的“旋”并不是旋转的意思,它是电子的内禀属性。电子并非是像地球自转那样绕着一个轴转动。轨道这个概念在现在的原子模型中也不复存在,因此也不存在像地球绕太阳转动那样的电子绕原子核转动。

电子在原子内部没有轨道概念,也不是绕什么转动。根据量子力学,只能说电子在某个位置出现的概率是多少,电子云就是用统计的方法对电子可能出现位置的形象反应,电子云密的地方表明电子出现的概率高,电子云稀疏的地方表明电子出现的概率低。

尽管电子并不绕着原子核转动,自旋也并非是在自转,轨道、自转却能够在解决一些问题中发挥作用。这些概念也因此保留了下来。

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