真实的原子模型

相信很多人在上初高中时，都有看到过原子模型，一般来说，这个模型就是一个原子核在中心，外面有电子，电子有相应的轨道。这就好像我们的太阳系一样，中心有个太阳，外面各个行星在各自轨道上。

然后，老师一般还会说，原子核是带正电，电子是带负电的。原子核是由质子和中子构成的，质子带正电，中子不带电，因此，原子核才会带正电。

实际上，初高中老师讲授的原子结构是经过“特意”简化的。目的其实是为了方便教学。真实的原子模型是和上图中的模型截然不同的。在经过几代物理学家的努力，原子模型发生了好几次迭代。

如今，最为主流的原子模型更接近于下面这样。

我来给你稍加解释一下：这个模型与初高中所需学的模型之间的区别在哪？

首先，这个模型的比例是和初高中所学的不同。这里的原子核极其小，如果原子有足球场那么大，那原子核最多也就是一根头发丝粗细的水平。虽然如此，但原子核的质量占据了整个原子总质量的99.99%以上。除此之外，电子不存在轨道，而是呈现概率云的形式。那为什么会是这样的呢？

上世纪20年代，科学家发现微观世界和宏观世界是很不同的。你在观测一个电子时，你很难同时获得电子的“位置信息”和“动量信息”。他们发现，只要测准了“位置信息”，再测“动量信息”就不准了，反之亦然。这是因为，观测本身就会影响到微观粒子的运动状态。基于这个原因，物理学家海森堡提出了著名的不确定性原理。

但是，在研究原子模型的过程中，科学家一直备受一个问题的困扰。上文我们也提到了，电子是带负电的，而质子是带正电。我们都知道，同种电荷相斥，异种电荷想吸引。那问题就来了，为什么电子不会坠入到原子核中？

为什么电子不会坠入到原子核中？

这里其实就涉及到了物理学中非常基础的定律，这就是能量最低原理。这个定理告诉我们：

所有的能量都是由高处流向低处。

那这个和电子不会坠入原子核有什么关系呢？

这就需要引入另外一个至关重要的物理学认知，这也就是爱因斯坦在1905年提出的质能等价。如果要问在整个科学史上最出名的方程是哪个？

那一定就是质能方程，也就是E=mc^2。其中E代表能量，m代表质量。

爱因斯坦在《质能等价》的论文中，开头就写到：

若一个物体以辐射形式发射能量L，它的质量减少L/c