為什麼原子核和核外電子的排布規律與星系中恆星和行星的排布有相似之處?

如題,我是一個理科非常渣的學生,但是,自從初中剛開始學化學時,我就對這個問題很感興趣。請問原子和星系之間有什麼千絲萬縷的聯繫嗎?


因為你不好好讀書......

核外電子排布根本不是這樣的,其實是非常鬼畜非常隨機非常任性的


先問是不是,再問為什麼。


如果你心目中的核外電子排布方式還是波爾乃至盧瑟福的那種模型的話,那和恆星行星確實是相似的。原因也很簡單,電磁力和萬有引力均服從平方反比關係,且都是徑向力,這決定了兩個體系運動方式的類似。

然而實際情況是:核外電子的運動並無確定的軌道可言


上面這些答案不能說錯。但儘管一個宏觀到巨大的尺度,一個微觀到極小的尺度,其實相似性還是有的。究其原因,看一下:

引力場:V(pmb{r}) = -Gfrac{M}{r^2}pmb{r}

庫倫場:V(pmb{r})=-frac{1}{4piepsilon}frac{Ze}{r^2}pmb{r}

Hey!勢場決定了運動方式。既然兩者數學形式完全一樣,運動方式類似也就是自然而然的事情。

當然,區別還是有的

第一,電子間因電荷同號,相互排斥;而星體間是相互吸引的。儘管多體相互作用微弱,仍舊會產生影響

第二,量子力學和經典力學的差別。量子力學中動量和位置不對易,[hat{p_i}, hat{x_j}]=-ihbardelta_{ij};而宏觀經典力學中[p, x]=0,這基本造成了量子體系的各種詭異特性。

但勢場的大頭數學形式一樣,因此運動的很多本質,比如能級的分布、解的對稱性,都是有相似之處的。


我記得高中理科化學應該會學到原子能級這一章,章節里明確指出了電子的分布是概率雲,並給出圖片:能級最低且只有一個電子的時候就是有疏密的球形,能級再高一點的是棒狀,再高就是複雜的有點類似花的形狀,這個分布可以用量子力學裡的波動方程算出來。我說的非常白痴非常科普,樓主自行搜索教材和圖片。

至於行星的模型似乎是盧瑟福剛發現電子時提出的,是個錯誤的模型,因為那時候量子力學還沒出來呢。


實際上,電子並非如中學教材所說,以粒子的形式繞核運動,還有所謂的軌道,而是以不同能級的電子云的形式存在。如果有興趣可以去了解一下量子力學


電子並不是像行星一樣繞原子核運轉的,你想,電子繞原子核圓周運動,肯定要釋放出電磁波啊,能量被釋放出去, 電子的歸宿就是撲向原子核,可是事實不是這樣的。
電子是一種微觀粒子,在原子如此小的空間(直徑約10-10m)內作高速(接近光速3×108m·s-1)運動,核外電子的運動與宏觀物體運動不同,沒有確定的方向和軌跡,只能用電子云描述它在原子核外空間某處出現機會(幾率)的大小。推薦你閱讀曹天元的《上帝擲骰子嗎》,相信你看完後你會對量子力學產生極大的興趣的。


我看了上述的評論都是從科學的角度出發。我從哲學角度說一下,雖然電子沒有固定的軌道,難道行星就有嗎?行星也是有波動性的,λ=h/p (h:普朗克常量;p:動量。 λ:波長),只是程度不同罷了,它們各有個性,更有共性。從哲學角度來說是合理的,就像這個世界各種規律的暗合性,學習科學的過程中有這種宏觀的哲學思想很重要,要是覺得什麼規律沒有某種暗合,就少了很多樂趣,少了很多對這個世界深層規律的敏感性。


好好學習學習量子力學


沒有相似之處,那是個概率運動,沒有確定軌道的


我們把電子排布與行星軌道類比實際上是形式相似而禁不得推敲的。

核外電子的運動參數需要滿足一些特殊的條件,導致可能的軌道是零散而分立的。反之,如果一個電子滿足這樣條件來運動時,它的「軌跡」是不確定的,只能考慮出現概率的空間分布。

至少核外電子不會轉著轉著發射著電磁波一頭撲進原子核的懷抱的。

行星運動的參數所需滿足的條件相對要簡單一些,GMm/r2=mv2/r,可行的軌道很多,是連續的。如果一個天體滿足這樣的條件去運動時,它的軌跡是精確的圓錐曲線。所以看上去太陽系各行星在「分立」的軌道里運行。

至少某些「航天器」在摩擦不可忽略的時候,會轉著轉著軌道越來越小最後撞到地球上。


沒有相似之處…

如果非要說有,也只能是早期的波爾模型和行星系統類似。現有理論是不承認電子有確定軌道的。


看到這個問題我第一反應是拒絕回答的,因為這問題實在是…太沒技術含量了,duang

不過我一同學關注了這問題,估計她也是對這有興趣的,我就來回答了。(我只是來刷妹紙的好感度的而已→_→)

最多贊的那位回答的沒錯,核外電子排布的確非常鬼畜,不是像課本當中所說,課文只是為了相應年齡段的人能接受而對知識點做出相應的改動,在你學理科的路上,你會發現當初學的知識根本就不是那麼一回事。就像質子中子再分是夸克,初中根本就不會講到,我還記得我當年在那本教育局發的科學科目考試範圍一書當中看到了,書中強調:不考夸克等內容

而且啊~天朝的應試教育只是為了通過考試來篩選人才而已~講那麼多不在考點範圍內的知識是沒多大必要的。 扯遠了→_→

而且核外電子是以電子云的形式遊離。

我認為題主想要問的是「為何無論大小,事物都是一種分形結構無窮無盡地類似分割下去?(就如原子內部結構和宇宙是一樣的)」

如果是這個問題的話就好辦多了...

其實這是自相似性

如果一個物體自我相似,表示它和它本身的一部分完全或是幾乎相似。若說一個曲線自我相似,即每部分的曲線有一小塊和它相似。自然界中有很多東西有自我相似性質,例如海岸線。(來自度娘百科)

舉個栗子,一棵樹的分杈相應的比例和位置,大部分情況下都是和樹本身的比例和位置一致,而樹葉的葉脈,也會與樹的各部位比例和位置一致。

這屬於數學當中的分形幾何。

這現象不止發生在生物當中,我再舉個栗子。

雪花的邊緣,映射的是整個雪花結晶結構。

原子內部結構,映射的是整個宇宙。

也就是說,一切都是固定的一種模式來劃分的。

雖然分形幾何歸為數學,但是它卻與物理、生物、化學等等密切相關,換句話說,數學是萬物(惡)之源,學好數學是學好理科的基礎。

其實這種問題我在小學3年級之前就意淫過了,我當時想的是,會不會粒子之中是一個宇宙,而那個宇宙之中又有無數粒子,那些無數粒子當中又有無數宇宙,那麼我們現在的這個世界其實也不過只是處於一個粒子之中而已。這是個很燒腦的問題。

其實有這種想法的也不止我一個人,相信題主問的這個問題想說的就是這個。

以下純屬我個人意淫..........................

那麼現在問題來了,每個人都是不一樣的,為啥卻又那麼多人都會想到這個問題,在我看來,應該是萬物之中都有某種聯繫,或者說,其實萬物都是一個起源,我們跟狗、石頭沒啥區別,可能在很久以前,我們的組成都是來自於一片星雲當中,漸形成星球,而後爆炸,塵埃四散,到了不同的地方再形成星雲,形成太陽系,形成太陽、地球等,地球中的塵埃演變成微生物,微生物進化成各種生物...(這裡講的不夠細,不知道你能不能明白,反正大概就那樣了,我那妹紙同學你看這個的話不懂明天來問我)

其實這樣想下去,就會發現,其實人類不是獨特的、不是優秀的、不是神聖的。

不講那麼多了,越扯越遠。

其實我只是高一的一隻理科狗,純種學渣→_→初中化學學著學著你就會發現,卧槽說好的粒子呢!怎麼變成化學方程式!!!到我現在學到化學必修2,我都沒學到粒子...

我在市的圖書館借了本《基礎化學》-楊立靜 看,裡面則講了我在初中、高中當中所接觸不到的化學範圍知識。

建議題主有興趣的話可以多去看大學或以上的書、教材。

不過學好你現在的知識也是很重要的,因為我就是把時間都花在看那些書上,上課各種走神,而天朝的教育不會考這些東西,所以我在學校的成績超級差...可能連大學都上不了...

還可以多去了解量子物理→_→我個人就特喜歡

其實佛學當中的一句話,早已看穿了一切

一花一世界

一葉一菩提

(「然而沼躍魚早已看穿了一切」媽蛋上傳半天這表情上傳不了...shen me gui)


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