原子中电子是以接近光速的速度绕着原子核运动。
电子具有波粒二象性,不能像描述普通物体运动那样,肯定他在某一瞬间处于空间的某一点,而只能指出它在原子核外某处出现的可能性(即几率)的大小。电子在原子核各处出现的几率是不同的,有些地方出现的几率大,有些地方出现的几率很小,如果将电子在核外各处出现的几率用小黑点描绘出来(出现的几率越大,小黑点越密),那么便得到一种略具直观性的图像。这些图像中,原子核仿佛被带负电荷的电子云物所笼罩,故称电子云。
在一个原子中,电子和质子因为电磁力而相互吸引,也正是这个力将电子束缚在一个环绕着原子核的静电位势阱中,要从这个势阱中逃逸则需要外部的能量。电子离原子核越近,吸引力则越大。因此,与外层电子相比,离核近的电子需要更多能量才能够逃逸。
原子轨道则是一个描述了电子在核内的概率分布的数学方程。在实际中,只有一组离散的(或量子化的)轨道存在,其他可能的形式会很快的坍塌成一个更稳定的形式。这些轨道可以有一个或多个的环或节点,并且它们的大小,形状和空间方向都有不同。
原子中电子绕着原子核运动是以概率波电子云的方式出现在壳层轨域的某处,电子云浓密的地方出现电子概率最大。
原子核外电子运动及位置的狄拉克方程:
一,iħƏ/ƏtΨ=(cα.p+βmc2)Ψ
二,iħƏ/ƏtΨ(r,t)
=(-iħcα.▽+βmc2)Ψ(r,t)
(α.β为四维自旋矩阵含e-e+)
三iħƏ/ƏtΨA=mc2ΨA=找到e-机率ΨAΨA
iħƏ/ƏtΨB=mc2ΨB=找到e+机率ΨBΨB
图中+-号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特(qubit)
(名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源图于比特 It from bit
量子信息研究兴盛后,此概念升华为,万物源于量子比特)
注:位元即比特