我们都知道,万物都是由原子构成的,为何由原子构成的世界如此不同?

需要到原子内部,详细解读原子的结构。

人们一度认为原子是不可再分的最小基本粒子,不过随着人类观测水平的不断提升,科学家们发现原子并非最小的粒子,原子本身也有自己的结构。

如今我们知道,原子由原子核和核外电子组成,那么原子核和电子之间到底是如何共存的呢?

万物都是由原子构成的吗(万物都由原子构成)(1)

一个看似简单的问题,科学家却花了好长时间去探索。卢瑟福的α粒子散射实验表明,电子在原子核外围绕原子核旋转,好像地球围绕太阳旋转一样。

不过电子在运转的过程中会辐射电磁波,损失能量,最终应该会坠落到原子核上。但实际上这种情况并没有发生。

接下来波尔提出了电子跃迁模式,电子只能从一个能级跃迁到另一个能级,而不能位于两个能级之间,而且电子只能吸收特定的能量才能发生跃迁。

万物都是由原子构成的吗(万物都由原子构成)(2)

不过波尔的理论只适用于氢元素,在更大序数的元素上,会出现较大误差。

而物理学家泡利提出了颠覆性的概念:泡利不相容原理,由此解释了小小的电子为何能导致如此大的不同。

泡利不相同原理是这样的,他在波尔的电子跃迁理论基础上又增加了一点:原子核就像一栋楼的最底层,而电子就位于每个楼层。

万物都是由原子构成的吗(万物都由原子构成)(3)

泡利不相容原理表明,每个楼层最多只能容纳一定数量的电子,如果想给原子再增加一个电子,就必须寻找新的楼层,看看那里是否有空缺。

这种方式,就意味着一个小小的电子就可以导致原子的外形发生本质改变,同时,不同的外形反过来又会影响原子自身属性,以及与其他原子结合之后的性质!

泡利不相容原理是量子力学的一个重大突破,也成为了现代化学,生物学的基础。该原理向我们诠释了为何世界如此丰富多彩。

同时,泡利不相容原理再次颠覆了爱因斯坦薛定谔等人的经典力学。不过稍有遗憾的是,泡利本人只是提出了泡利不相容原理,并没有解释为什么会有那种原理。这也说明量子力学还有更深的东西等待人类去挖掘!

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