记得上学的时候,老师讲原子结构模型,讲到了卢瑟福的行星模型。

那个时候,我已经开始读天文的书籍了。当时我就在想,这个行星模型还真的是很形象,二者非常相似。那个时候,我就有了一个自以为很高级的想法……

卢瑟福的模型里,原子和天体有多像

在卢瑟福的原子模型里,原子的形象和太阳系简直太像了。

原子结构的行星模型(原子结构像行星)(1)

首先,太阳系内,行星围绕着恒星公转;在他的模型里,电子围绕着原子核公转。

在原子内部,原子核占据了绝大部分质量,而电子仅仅占了一点点质量,而二者所占的空间仅仅是整个原子的几千亿分之一,其余绝大部分空间什么都没有;在太阳系,太阳也占据了99.86%的总质量,行星的质量同样微不足道,而且太阳系的绝大部分空间,同样是什么都没有,空荡荡一片。

后来,又学习了电子的自旋,觉得好像和行星的自转有点相似。

然后我的心里有了一个大胆的想法:难道时空本来就是循环的,天体缩小到一定程度、其实和微观粒子一样?

原子结构的行星模型(原子结构像行星)(2)

后来上网了解了一下,发现和我有同样想法的人,还挺多的。当时一度还有点遗憾,觉得自己不是天底下唯一聪明的。不过,再研究研究,发现自己只是一群还没真正明白原子结构的人之一……

原子到底长啥样

虽然别人是怎么搞的我不清楚,但可以肯定的是,我在学到行星模型的时候,自主忽略了教材上讲解的更新的模型。其实,卢瑟福的行星模型,原本就是不准确的。

实际上,在卢瑟福于1911年提出行星模型之后仅仅两年,玻尔就提出了他的玻尔模型。1926年,薛定谔更进一步,提出了电子云模型(显然当时被我就着饭吃了)。

目前我们知道,虽然原子核在内,占据了绝大部分质量、电子在外,围绕原子核运动的情况符合卢瑟福的推测,但是其他内容就不一样了。

首先,电子并非是围绕着原子核公转的,而是随机出现的。我们虽然还把电子所在的位置称为“轨道”,但实际上和我们理解的轨道完全不一样,只是大家习惯并沿用了这个说法而已。更准确地理解,就是电子云的概念。

所谓的电子云,是电子在某个位置出现的概率的形象表示。而电子在所属的能级上,作着没有任何规律的运动。

原子结构的行星模型(原子结构像行星)(3)

而且,电子的自旋,虽然被比作是物体的自转,但实际上是完全不同的概念。乍看一眼,你以为自旋是一个动作,但是,它其实更应该被看作是一种内在属性,一个和角动量相关的、引起磁场的属性。不论一个电子如何运动、是否旋转,即使完全不动,它依然有自旋,其他很多粒子也都有自旋。因此,微粒的自旋和天体的自转,本身就是完全不同的概念。

至此我们发现,仅仅就电子来说,就有两个误导人的概念——轨道和自旋。

同时,原子核的结构,和天体也不一样啊。原子核内部还有质子和中子,二者又是由夸克组成的。目前即使是人造的原子,最多也只能容纳118个质子。而天体内部,是由海量的微粒构成的。从内部结构来说,也不一样。

为啥会误解

那么问题来了,既然二者本身差别这么明显,为啥还有人误会呢?

原子结构的行星模型(原子结构像行星)(4)

从逻辑学上讲(大概属于逻辑学吧),这就是搞混了逻辑顺序了。对于卢瑟福本人来说,他是受到了天体运行的启发,才提出行星模型的。而对于我们来说,我们在心里为行星模型提供的证据,实则本来就是卢瑟福本人的推测而已。也就是说,我们认为二者相似的证据,本身就靠不住。

这么说,可能大家有点混乱,咱们用一个不太恰当但是还算比较形象的例子来比喻一下:

假如你走在路上,看见地上躺着一个老头,旁边站着很多人,他们都指责A把老头撞倒,然后你义愤填膺地走上去,一起指责A。但事实是,真正撞人的肇事者已经跑了,A只是来扶老头的。

我们就像这里后来的人一样,和前面的人持同样的观点。但是,观点本身,也只是前面人的推测,并不一定真实。因此,这才导致了我们对原子结构的误解。

不止我们会误解

当然,大家也不必为此烦恼,觉得自己逻辑有问题。实际上,科学家们有时候也会犯这样的错误。

比如最著名的,就是关于宇称守恒的问题。在上个世纪中叶,当所有的科学家都坚信一切物理定律都守恒的时候,却没有一个人对宇称守恒提出质疑。

正是这样的误区,导致大家被懵逼了双眼,最终造就了杨振宁和李政道,一举拿下了诺贝尔奖。因为,当他们在审视宇称守不守恒的时候,发现从来没有人质疑过这个问题,他们根本就没有做任何实验,就默认了宇称是守恒的。

原子结构的行星模型(原子结构像行星)(5)

(关于宇称不守恒的问题,我们以后有机会再介绍)

看,连物理学家都会走入误区,何况我们呢?

,