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1 # 淡漠乾坤
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2 # 黃金餅
在牛頓時代,科學家知道了行星是圍繞著太陽轉動的,並且知道了是太陽對行星的萬有引力拉著行星運動。牛頓還給出了萬有引力的表示式,兩個物體間的萬有引力與兩者質量的乘積成正比,與距離的平方成反比。
過了大約100年,法國科學家庫倫給出了兩個電荷之間相互作用力的表示式,兩個點電荷之間的相互作用力與兩者電荷量的乘積成正比,與距離的平方成反比。庫侖力和萬有引力在表示式上的確非常相似。
上個世紀初,盧瑟福透過α粒子的散射實驗發現原子的中間有一個很小的核,這個核集中了原子的所有正電荷以及幾乎全部的質量,帶負電的電子就像行星繞著太陽轉那樣繞著原子核轉動。這就是原子的行星模型。這個模型在人類對微觀世界的認識過程中具有里程碑的意義,包括之後玻爾的氫原子模型也是在此基礎上完成的。
這個模型的確很像太陽系,有人還據此腦洞大開,認為太陽系就是一個大的原子,質子、中子、電子的內部還有更小的太陽系。
即使在行星模型剛提出不久的時候,電子繞原子核運動和行星繞太陽運動也是有不同的。太陽系中的行星有大的也有小的,有岩石行星也有氣態行星。而繞原子核轉動的電子,在當時認為都是一樣的。
後來人們進一步深刻認識到,根據原子的行星模型雖然可以精確計算很多問題,但是它不是完美的,甚至可以說是錯誤的。
軌道這樣的概念是經典物理學中的概念,深入到更小的尺度上粒子就會表現出波粒二象性,電子既有粒子的性質又有波的性質。波就不會侷限在一個點,而是會擴散到空間中。
現代物理學中原子的模型已經不再是行星模型,常用的是電子雲模型。電子雲越密的地方表示在那裡測量到電子的機率越高,電子雲越稀疏的地方表示在那裡測量到電子的機率越低。而行星繞著太陽轉,是不用這種雲模型表述的。這就意味著原子現在的模型和太陽系中行星繞太陽運動是根本不同的。一些人設想的太陽系是一個更大的原子,或者認為粒子內部還有太陽系,這樣的設想也是毫無根據的。
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在文藝復興時期,日心說開始逐漸地取代了地心說。於是,行星繞恆星運動,成為了天體執行的基本模式。
然而,令人意外的是,在該實驗中只有極小比例的阿爾法粒子被反射了回來。實驗的這一結果說明,在原子內部的絕大部分空間都是空的,原子的質量只集中在很小的原子核內,原子的體積僅只是電子高速運動所形成的封閉體系。
於是,人們很自然地聯想到行星圍繞恆星運動的模式,認為原子也是類似太陽系的情形,由電子繞著原子核運動。所以,根據量子力學,原子的結構與太陽系相類似,也是離心力等於庫倫(靜電)力。
然而,這一模型存在著較大的問題。因為,原子的半徑只有10-8釐米,而電子的速度卻是非常大的,約為光速的百分之九十左右。
在如此小的範圍內,具有如此高的公轉,會產生出非常大的離心力。相當於電子存在著巨大的加速度,由此輻射☢️能量,使電子很快會因為失去能量而跌入原子核中。
於是,根據行星繞恆星運動的模式,原子是不穩定的。這一結論與原子的穩定存在相矛盾,說明原子的電子繞原子核公轉的模型是錯誤的。
後來,隨著人類認識的進一步深入,科學家們發現,所有的微觀粒子都具有波動性,即它們的最低能量狀態並不是靜止的狀態,都具有最低速度的無規運動。
此外,由於普朗克常數h的普遍存在,而且其物理量綱為粒子的角動量,說明在宇宙的內部充斥著無數個不可再分的最小粒子,即存在著作為物理背景的量子空間。
類似花粉在水中的無規運動,由於微觀粒子的半徑都小於空間量子的間距,所以這些微觀粒子受到了空間量子的不對稱碰撞,從而都具有了一定的波動性。
因此,雖然原子與恆星系統在本質上是相同的,都是較輕的物體圍繞著較重的物體運動,它們的本質都是為了保持相對於量子空間的對稱性,即由於較重物體使量子空間形成不對稱的分佈,使得較輕物體採取非靜止的運動來抵消空間的不對稱。
上述兩者的區別在於,微觀粒子受到了空間不連續的影響,使其運動具有一定的或然性,即其運動的軌跡是不連續的,不具有行星那種連續的執行軌道。
總之,無論是微觀的原子,還是宏觀的恆星系統,它們的本質都的外層物體繞核心物體運動,都是藉助於量子空間來實現的。兩個系統的區別在於,量子空間的不連續性,使得微觀粒子具有波動性,從而使微觀系統外部粒子的運動是機率的,具有不連續的特徵。