為何行星繞行恆星會與電子繞行原子這般巧合?

為何行星繞行恆星會與電子繞行原子一般,這是巧合還是什麼情況?我時常在想,太陽可能就是原子(太陽也是聚變產生能量,原子也可以吧?);電子就如同行星;眾多恆星系聚在一起的銀河系如同眾多原子組成的化合物。其實宇宙外看宇宙可能就是一物體,宇宙外又是一世界,不斷循環。或許電子上也有文明。
(PS:我說巧合是指電子繞原子、行星繞恆星、恆星又繞銀河系中心旋轉)
當然我知道這討論沒有確定結果,可能又會上升到哲學高度,但我只是想知道目前有科學家針對這種巧合展開過研究、討論或解釋嗎?


如各位所言,對於電子來說量子力學的效應明顯,所以並不適合用於和天體的運動(經典的)類比。但會有電子繞著核子轉的這種圖像的根源其實很明顯,那就是靜電勢和引力勢都是距離反比,求解動力學方程就會發現這種勢下存在封閉的圓形或者橢圓形的軌跡。但要注意,這是經典圖像。

那麼兩種勢都是距離反比是巧合嗎?某種程度上講不是的,這和傳遞相互作用的媒介粒子的質量有關,根據量子電動力學,我們知道傳遞電磁相互作用的粒子的光子,而光子的質量(我們說質量的時候通常指靜止質量)為0,通過用微擾論計算兩個電子交換虛光子相互作用的散射振幅,取零階近似(玻恩近似),就會發現我們得到了作用勢正比於
exp(-mr)/r, m是光子質量,
而因為m=0,於是得到距離反比律了。這個exp(-mr)/r 作用勢其實叫湯川勢,最早應該是用於研究強相互作用,媒介粒子好像是π介子,但這個形式它在微擾意義上具有一定的普遍性,對於一般的相互作用都可以通過這個勢能近似,當媒介粒子的質量不為0時,分子部分隨著距離r 指數衰減,於是相互作用勢急劇衰減,這就是短程的相互作用,但對於媒介粒子的質量為0的情形,比如光子和引力子,指數衰減沒了,只有一個1/r 形式的衰減,於是相互作用傳遞的比前一種遠得多,是長程相互作用。
總結起來就是,如果你想問的是為何庫倫勢和引力勢都是1/r的形式的話,那是因為傳遞這兩類相互作用的媒介粒子的質量為0.
當然可能會問膠子質量為0,為何強相互作用勢不是長程的呢?這是因為上面的討論都只對微擾(相互作用弱)有效,對於強相互作用存在非微擾的效應,所以上面的討論也就不成立了。


直接吐槽不太合適,先委婉一點。你最大的問題是讀得太少想得太多,楊絳說的。我們生活中的絕大多數的人的物理水平還沒到可以上升到藉此思考哲學問題的地步。想得太多容易成民科。就是出版著作說自己發現了宇宙真理那種人。你看正物質反物質對立,中國老祖宗說陰陽對立,怎麼可能是巧合?最近考研政治背多了:因為發現了物質的本源是原子而為唯物論歡呼的哲學家被歸類為形而上學的唯物論,後來發現了質子他們就傻眼了。馬克思還說宇宙無始無終呢,那現在還是有那麼多人相信宇宙大爆炸。

扯完了。話說電子是在繞原子轉圈圈啊?我才知道。

建議樓主看一些關於科普量子力學的書,應該有不少。我一時想不起來哪個比較好。現在科普人不提量子力學就像文青沒去過西藏一樣丟人。像吳虹飛那樣思考宇宙的文青就更洋氣了。或者看看高中物理或者化學、大學物理教材都行。看看知道還有電子云什麼的就可以了,別的不要多想。


引力相互作用與電磁相互作用的強弱都是距離平方反比的。
相關討論為什麼萬有引力定律,庫倫定律都是平方反比?平方反比有什麼含義嗎? - 霍開拓的回答


s軌道
p軌道
d軌道
話說樓主不會翻一下字典後面的元素周期表?
盧瑟福的模型早就被拋棄了


格里菲斯的《量子力學概論》里有個很有意思的練習題,大意是用量子力學的方法求解地球繞太陽運動的問題,假設太陽引力場是跟庫侖勢場相似的中心力場,求解中心力場情形的地球運動的定態薛定諤方程。

這個問題,代入已知的太陽,地球質量,引力常數這幾個常數,可以精確解出來地球繞太陽運動的所有可能「軌道」,代入現在的地球公轉周期,就能知道地球所處的「能級」,也能算出來經典的公轉半徑。這個題目還有個非常有趣的結論,地球「躍遷」到相鄰能級的時候,吸收或放出的「光子」的頻率正好是地球的公轉周期,一年!!!

這個例子說明經典的宏觀物理規律,是在極端情形下量子力學原理的近似,二者並不是矛盾的,只是有時候解釋宏觀現象的時候,不可能也沒必要也沒有辦法搞得這麼複雜。

其實這個想法有點還原論的感覺,任何事物的運動、變化,都可以由構成它的更小的事物的運動、變化來完備地描述。


題主被初中物理給誤導了吧。我以前學物理的時候也有過這樣的想法,後來才發現真是圖樣圖森破了。

教材上說到原子內的原子核和電子的結構關係,為了方便大家理解,會將它比喻成行星圍繞恆星旋轉的。初一看,確實有點相似,一個大的在中間,一個小的在周邊圍繞著它。

但是題主不要忘了,這個只是人類腦補出來的相似性,事實上電子與行星或者衛星完全不一樣。電子的運行不符合宏觀物理規律,它不是按既定軌道圍繞原子核運動的,而是說電子是處於原子核周邊的一種勢能狀態,它可能此時在A處,也可能此時在B處,但是A處和B處的勢能狀態是相同的。這就是量子力學的測不準效應,你沒法觀測到它和原子核的具體的相對位置。如果原子獲得獲得能量或者釋放能量,電子就會躍遷到另外一個勢能狀態,這個躍遷的過程和衛星變軌不一樣,它是瞬間完成的,沒有中間過程。也就是說,在高勢能狀態和低勢能狀態之間,它沒有一個中間狀態。這是它和天體系統最大的區別。

另外,負責這個系統穩定性的力和天體運行的力也完全不一樣的兩種力。電子是受電磁力的束縛,而行星則是受引力的束縛,這是兩種不同的基本自然力,目前還沒有哪個物理學家有能力把這兩種力統一起來。

外行答題,基於高中物理學的一些淺見,期待專業人士指正。

以上。


都是三維空間下球對稱點源勢能函數的運動方程,就算再不同,你能讓他們不同到哪裡去?
在人類可觀測的SO(3) 運動空間中,只能長這個樣。他們可能長得很不一樣
但投影到你這個平面,就長得一個樣。。


我也來秀優越感
既然有人前面說 」攻其一點忽略其餘「是不對的..
那我就逐句的噴吧....
.
-1,先噴題目 電子不饒原子運轉...而是繞原子核

為何行星繞行恆星會與電子繞行原子一般,這是巧合還是什麼情況?

①恆星系運轉的模式 和 電子云運轉模式完全不同...
恆星系運轉 涉及到的是 質量 引力 角動量 速度 啥的..
電子在電子云里 就目前看來 完全是 隨機躍遷的...來回蹦 各種蹦 循環崩 旋風蹦

我時常在想,太陽就是原子(太陽也是裂變產生能量,原子也可以吧?)

②太陽是聚變放射能量...
自然界存在的原子很難通過裂變釋放能量....
絕大部分原子只能發生衰變....放出去一個一個質子....

電子就如行星,眾多恆星系聚在一起的銀河系如同眾多原子組成的化合物,

③原子與原子之間有各種鍵 才能連接起來成一種化合物...離子鍵 共價鍵 居多
而銀河系 內的運轉機理 依然是 質量 引力 角動量 亂七八糟的...

離子鍵 共價鍵 都是通過兩個原子 交換電子 產生的
恆星和恆星之間並不交以換行星的方式建立聯繫......

其實宇宙外看宇宙就是一物體,宇宙外又是一世界,不斷循環,或許電子上也有文明~哈哈

④根據奧卡姆法則,如無必要,勿增實體。人類目前沒有能力研究在這宇宙之外的宇宙,那麼也就沒有必要假設存在這個宇宙。

當然我知道這討論沒有確定結果,又要上升到哲學去了,但我只是想知道目前有科學家針對這巧合展開過研究、討論或解釋嗎?

我覺得沒有必要找科學家研究討論解釋了.... 最高得分的 阿銳 已經解釋的很明白了。

既然是秀優越 那就可恥的匿了吧


學而不思則罔,思而不學則殆。


微觀世界的時間尺度和宏觀世界差別非常大,所以宏觀世界觀測所得出的結論,以及以此產生的理論。都是有宏觀局限性!簡單的說我們所謂一秒,對於被觀測者來說也許已過百億年,所以觀測到的初始狀態和結束狀態還能得出相對於宏觀世界能理解的規律嗎?
氫原子: 電子繞氫原子核一周大約是150阿秒(1阿秒為10-18秒) 假設電子圍繞氫原子一周為一年,那麼我們的一秒,就是這個電子的317億年(希望沒算錯)!


題主的腦洞我曾經也開過,今天看到又看了很多回答,看完覺得,對於渺小的人類來說,關於宇宙,以及很多已知的未知的現象,或者成熟的理論。還是保持一顆謙遜的態度比較好,畢竟小小地球說不定什麼時候就跪了~既然知道是腦洞,那麼腦洞是來探討,繼續開更大腦洞,書誰都知道讀,有時候想像很重要。
最後補充一句,人永遠不會想的太多~(好吧渺小的人類想到的就更少了)


誰知道呢。。。


宏觀運動不適用於微觀運動規律。但是開開腦洞還是沒問題的,建議可以去看看劉慈欣的《球狀閃電》裡面對宏觀電子和宏觀原子有很有意思的描寫。不過這個是科幻小說,不要當真,笑。


請看高中物理人教版選修3-5 :)


題主所說的電子圍繞原子核轉的模型是盧瑟福模型,經典而短命的原子模型,曾經中央台的台標讓這個錯誤的模型深入人心。不過這個模型最大的缺陷在於,帶負電的電子圍繞帶正電荷的原子核做圓周運動時,輻射出的電磁波會消耗掉電子的動能,最終電子會跌落向原子核,故盧瑟福原子模型很容易證偽。另外盧瑟福原子模型還有無法解釋發射光譜不連續等問題。現今主流的原子模型是電子云模型,電子軌道並非你認為的那樣圍繞著原子核做圓周運動,而是薛定諤方程的解,是概率密度,在你兩次觀測之間你無法預測電子的具體位置,以波函數的方式呈現的。所以題設的宏觀與微觀相似的前提並不成立。至於這種自相似性的研也是有的,分形理論就是研究不同尺度下自相似性的


跟我想法一樣


電子運動我們目前觀察到是隨機不規則的漲落,實際如何,不知道。觀察到不等於事實。


二者沒有什麼相同點,電子圍繞原子核的運動和宏觀物體完全不一樣。


我建議LZ先去看看科普書,曹天元的」上帝擲骰子么「


題主是初中生吧?我初中的時候也這樣想過的。真的對物理感興趣的話,好好學習,大學可以選相關專業。


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