逍遥学能 2018-10-06 16:19
100年前卢瑟福原子模型建立，人们对电子的绕核运动费尽猜详：因为实验和计算表明，原子核对核外电子有着巨大的引力，绕核旋转的电子要不断地消耗能量，那么，高速运转的核外电子的能量将很快耗尽，缺少能量的电子轨道将内陷，在10-10秒内就会被吸入原子核、（因速度极快，就说“砸”入原子核）被原子核吞灭、原子将会塌陷。
我在北京科技大学讲学时，好多同学都提及这个问题，因为老师描述了上述情景并告诉他们：经典物理面对电子内陷问题无能为力，只有用量子物理的物质波、驻波理论来解释，并用其公式计算、才能解答电子没有砸入原子核的问题。
可是用上述理论和公式，算出驻波的波速超过了光速——奇谈、波速与电子速度完全不同步——魂不附体。由这些离奇的计算结果，看不出该公式有什么价值，显然核外电子不由量子物理的公式“算”在了核外。电子砸入原子核、原子塌陷是物理学书本所描绘的图画，然而电子内陷从来也没有发生，原因何在？
早在1820年，奥斯特发现了直流电对导线外小磁针的作用，该实验显示：只要直流电导通，电珠发光，导线的周围立刻会产生磁场，导线附近的小磁针立即偏转，断开，小磁针立即复原，人人都知道实验结论：电流（实验中的直流）会产生磁场。
奥斯特实验是大自然在提示我们：电子运动伴生着磁场（波）。自从原子模型的建立，人们认知到原子是由原子核和高速绕核运转的电子构成。上述：电子的运动伴生着电磁场，那么，物质内绕核运转的电子会不会伴生着电磁场？回答是肯定的。
就像船在水中航行，会激起（伴生）波浪，这波浪产生于船后，滞留、慢慢衰减。核外电子绕核运转会伴生磁场，这磁场产生于电子运行之后，滞留并慢慢衰减。
大自然在实验中还告诉我们，运动的电子在磁场中会发生偏转，偏转方向与磁场方位有着确定的左手定则关系。同理，物质内绕核运转的电子在磁场中也会发生偏转。
曾经，我在湖边玩过一只玩具电动小船，在遥控的操纵下，小船在平静的湖面绕行、转圆圈，虽然会激起一些波浪，但小船还是能正常航行，当转圈直径小，小船在先前留下的波浪上航行，颠簸厉害；当转圈直径更小，小船在刚才激起的波浪上颠簸，小船倾翻。由此小船我联想到电子与伴生的波（磁场）。
上述：核外电子绕核运转会伴生磁场；电子在磁场中会发生偏转。那么，当核外电子绕核运转速率很快、当核外电子绕核运转直径很小，快速运转的电子会“踩”进自己产生的、尚还滞留的磁场中，运动的电子在磁场中会按左手定则关系发生偏转，于是，电子的运动方向会发生偏离。质子对电子的引力越大，电子运行直径越来越小，速率越来越快，滞留磁场对电子的偏转力越大、运动方向发生的偏离越大，电子在滞留磁场力的作用下向着原子核引力的侧向运动,远离核心。
绕核运转的电子同时伴生着电磁波，产生的磁场又推动着电子的偏转运动。最后在伴生的磁场的推动下，引力和磁场偏离力达到平衡，使电子绕核在稳定的球面运转。大自然就是如此巧妙安排，核外电子永远不会被原子核吞灭。
本文开头谈到：运转的核外电子的能量将很快耗尽，缺少能量的电子轨道将内陷。这听起来似乎还有道理，核外电子为什么能够不停地转动，转动电子的能量来自哪里？
我在博文《核外电子的速率——温度》中谈到：在火光实验中：发光颜色（光波频率）与物质温度之间有准确的正比关系，表明核外电子跃迁所辐射的电磁波频率随着温度变化，这是大自然昭示我们：物质内核外电子的运转速率随温度规律变化，即：温度高-速率快。温度（及环境温度）是核外电子转动的能量来源。
电子内陷论的学者用孤立的、封闭的(没有环境、不考虑温度、与外界没有交流 )的思想来研究某个原子，可能会有电子能量耗尽、轨道内陷、落入核内之灾，这是形而上学思想方法的错误。
然而自然事实是：每个原子都处在一定的环境中、永远都不会是孤立的，周围有温度、有辐射，还有宇宙的2.7K背景辐射。所有原子都是处在开放、交流、互动的环境中。
物质高温时电子跃迁向外辐射电磁波，所以高温物质发热（辐射红外线）、发光；低温物质则能吸收红外线辐射，提高自身的温度。原子就是这样用电磁波与外界交流和互动，由此才有“热总是由高温度物质向低温度物质传播”的热力学第二定律，该定律来源于原子与环境交流互动的自然事实。在此环境中，核外电子不会有能量耗尽的问题，永远绕核在稳定的轨道运转。
我在文章《物质的相变》中谈到：（1）价和电子在平面稳定运转，伴生的价磁力指向稳定，物质呈固态。（2）温度升高，价和电子在空间扭曲运转，伴生的价磁力方向不稳，物体塑性增加，然后相变呈液态。
温度升高，在平面运转的电子为什么会由跃向空间、形成三维的扭曲运转？这，也与以上电子运转特性相关：即温度升高，核外电子运转速率加快，快速运转的电子会“踩”进自己产生的、尚还滞留的磁场中，运动的电子在磁场中会按左手定则关系发生偏转，于是，电子的运转会脱离平面、形成空间扭曲运转。
回答了电子“踩”进自己产生的的磁场、不会砸入原子核，又给科学量化开启了新的课题:人们将在精确实验中探测到电子伴生磁场的场强，探测到电子伴生磁场的滞留时间（半衰期）。
我们知道，在元素周期表中，除氢外所有的元素内层电子都只是2个，为什么不是连续3个、4个直到8？这是因为内层的2个电子运转直径小、速率极高，在自己产生的、滞留的磁场中高速扭转运行，这2个电子及其伴生的磁场已经占据了整个球面，也就容不下第三个电子了。这两个电子不会砸入原子核、其他电子就更没有可能了。
内陷论的学者用孤立的、封闭的的思想来研究某个原子，这是典型的形而上学思想方法。核外电子砸入原子核、原子塌陷之说完全是杞人忧天，紧随其后的量子物理的物质波、驻波理论解释，只是无病呻吟，就像海市蜃楼上的雕花门窗。
原子塌陷理论忽悠了一百年，不久的将来，这百年的忧天一定会成为科学史上的一段佳话。