为什么原子永远不会停止运动？为何电子不会掉进带正电的原子核？

原子内部的秘密究竟有多复杂？你是否想过，电子在原子核周围的运动并不是我们想象中的固定轨迹，而是充满了不确定性和概率？

根据量子力学理论，我们知道原子是由质子、中子和电子组成的。其中质子和中子构成原子核，电子则围绕在原子核的外层，是以一种复杂的运动轨迹在不断运动的。

或许有人会问，这种运动有没有终点呢？毕竟就连最大的天体也有一个运动的中心。但是很抱歉，对于原子来说，它的运动是永远不会停止的，就像你拿放大镜观察过的昆虫一样，这些微小的生物也在不停地运动着。

为什么能如此肯定呢？因为我们有量子力学作为支撑。从宏观的角度来看，我们所处的物理世界是由粒子静止运动而形成的，而且人类也是在这些基本粒子构成的物质中生活和存在的。所以即便是对于这些粒子来说，我们也应该能找到一种能将其约束起来的规律才对。

根据量子力学理论，我们得知完全静止的粒子是根本不存在的，因为这样就会发生不确定性原理的违背。

换句话说，粒子在任何时候都会保持一定的运动状态，即便是表面上完全静止了，其实它们内部的运动已经达到了一种平衡。这些运动并不会产生位移，但会产生变化，这种变化被称为零点能。

零点能是非常微弱而又神秘的能量形式，之所以这么说，是因为它超乎人类的想象。我们知道即便是最强大的引力中心黑洞也无法吞噬一切能量，它们的周围还会有着一圈圈的光，这些光虽然微弱到几乎看不见，但却存在着。

零点能比这个还要微弱无数倍，在我们现有的科学技术水平下，它根本就无法被测量出来。但是这并不妨碍它存在，就像人类在很多年前就已经登上了月球表面一样，在证据还没有出现之前，很多人都不相信这是真实的事情。

既然我们已经确定零点能和粒子的运动存在着必然的联系，那么对于电子来说也同样适用。按照经典物理学的思维方式，电子应该是可以任意升降和改变轨道位置的，但是很明显电子并不听话。

正如量子力学所描述的那样，电子的能量和轨道并不是连续取值的，而是呈现出一种离散状态。如果以能级来划分，电子只能在这些能级之间进行跳跃，并且最低能级的状态被称为基态，在常规情况下电子也不能低于这个状态。

此外我们还需要注意的是，电子也并不是遵循牛顿力学运动规律的，在外部没有作用力时它们也不是直线运动或者完全随机运动。

因为受到原子核吸引，它们会围绕原子核进行运动。如果你觉得这和我们上面所说的一直不会停止的运动有些矛盾的话，那么请先记住：电子不会掉进原子核里面。

按照经典物理学知识推导出来的结论似乎是有些道理，即便是质量很小的电子，在和原子核之间不存在隔绝时似乎只有被吸进去的份。

但是我们忽略了一个重要因素：自旋。或许你会有些疑惑，按照日常生活中对于自旋概念的认知来看，它似乎并不能对电子起到如此重要的约束作用。

但是在物理学中，自旋却意味着非常重要的东西。我们需要明确一点：电子并不是一个简单地质点或者小球。它们好像被赋予了某种特殊能力，在自己和其它粒子之间切换状态，并且只有两种选择：上自旋和下自旋。

虽然这看上去有些鸡肋，但是在实际应用中却发挥着关乎基础物理规律的作用。比如就像我们上面所说的那样，自旋可以有效阻止电子掉入原子核当中，并且还能够影响到电子当前所处的能量状态和轨道位置。

更厉害的是，在外部环境发生改变时，自旋还可以让电子在瞬间完成状态切换，从而保证它们始终稳定地存在在我们所熟知的物质世界当中。

既然电子在不断地围绕原子核进行运动，那么其轨迹一定是非常固定和明确的吧？至少即便不是一个圆形轨道也该最终把整个运动过程给限定在一个特定的空间范围当中了吧？抱歉，在物理学中好像没有什么能够彻底符合经典认知的东西。

实际上根据量子力学理论我们得知：电子其实存在于一种概率分布当中。也就是说，并不是每次测量结束后它们就会立刻回到某个确定的位置，并且一直保持这种状态直到下一次测量。反之，它们会像幽灵一样时隐时现，在整个可能存在的区域都会留下一些“蛛丝马迹”。

具体来说就是：我们可以通过测量得知某个时刻电子出现在A点的概率为70%，而在B点则只有30%。

但是当我们进行第二次测量时，它却可能出现在B点 70%，A点只有30%了。也就是说每次具体到某个位置时它们都会根据某种概率模型来“决策”，而这个模型被称为“波函数”。

通过上面这些描述相信大家已经对电子云有了一个直观印象：就像棉花糖一样蓬松且柔软。云朵最明显最直观的特征就是“柔软”，所以我们所看到的这个云朵也就代表着：越亮表示电子出现在这里的概率越大。而密集度越大或者颜色越深则表示概率越小。

量子力学告诉我们：原子里永远不会出现这种情况。因为如果真是这样的话，在某一个时刻粒子既没有位置又没有速度，这和我们刚才得出来的结论：粒子只有在被观测的时候才会显现出特定状态之间矛盾。

同时也违反了不确定性原理：既然知道了粒子当前位置，在没有外力作用时它就应该保持这个状态才对。

而如果知道它应该是停留在一个确定能级上，并且也不会跳到其他地方去，那么这明显已经确定了它的位置和速度了啊。

但是根据不确定性原理：这两者不能同时被准确测量。从这里我们发现：量子力学体系当中确实存在着种种超乎想象的东西。此外我们还可以看到另外一个有趣的现象：等离子体

零点能最早由普朗克提出，在此之前人们从来没有想过：即便是处在最低状态之下，在我们肉眼已经无法看到能量变化的时候，在量子世界里也还有余量。

简单来说零点能就好像是粒子存活的保底能量，在任何能级上粒子都不能再降低能量时，它仍然会有一定水平的动能。

如果按照经典物理学来认为，在能级最低状态时粒子应该完全没有能量才对；而即便按照上面说过的量子力学不能彻底做到粒子被观测前后状态完全一致，在我们肉眼看不到变化的能级上粒子也还有余力，这似乎有些令人难以置信。

此外还有很多人疑惑：电子为什么不掉进原子核？如果只按照经典物理学来认为，由于原子核几乎占据着全部质量空间，并且具有非常强大的吸引力。

而根据牛顿第一定律：物体会沿着抛物线方向运动直到受到外力。可惜这一切都建立在经典物理学体系之上。

按照量子力学来解释：因为粒子有自旋特性。自旋最早被用来解释磁矩产生机制，并且通过实验验证也证明了：粒子确实拥有类似于地球围绕自身轴心旋转一样的运动方式。

除此之外还有自旋轨道力作用在其上面：虽然电子不能随便选择自己想去的地方；但如果强行将其从轨道上移开时，它会像被绳索牵引一样产生反作用力，并尽可能地恢复原来轨道状态。