電子是基本粒子，地球所有電子有多重？據說只有一千克，是真的？

2020-09-05 王者1個小寶

電子是人類發現的第一個基本粒子，說它是基本粒子的話，比較有趣的是1897年J.J.湯姆遜發現了電子的粒子性因而獲得了1906年的諾貝爾物理學獎，而他的兒子G.P.湯姆遜則因為驗證了德布羅意波，也就是電子的波動性獲得了1937年的諾貝爾獎！

所以電子是一個無比矛盾的綜合體，它具有波粒二象性，而且它的質量極小，據說全世界的電子加起來也不過一千克，真的是這樣嗎？

電子與量子力學

量子力學的發展最早是由光子引起的，這就是十九世紀末最著名的黑體輻射問題，維恩公式在短波上非常準確，而瑞利金斯公式則在長波上非常準確，普朗克則量子不連續性解釋了黑體輻射，而且在全波段擬合都非常完美！普朗克的量子假說和此後愛因斯坦的光電理論開啟了二十世紀最為重要的量子力學。

此後關於原子內部電子運動的描述貫穿了整個量子力學發展史，首先是盧瑟福的波爾以半量子化完善了盧瑟福的原子模型，之後則是泡利不相容解釋了電子不會因為質子的庫倫作用力掉入原子核！然後海森堡不確定性原理描述了電子不可同時測量位置與動量無法測定的原因，還有薛丁格的波動方程解釋了電子的波動性，最後則是波爾以波粒二象性的總結。當然即使到現在，關於量子力學的很多定論仍然在激烈的爭論中！

電子有多重，地球上的電子總共有多少？

在發現者湯姆遜時代，就知道電子的質量非常小，他認為電子的質量只有原子的幾千分之一！電子的質量大約為9.109 × 10^−31kg，質子的質量為1.672621637×10^-27千克，實際的電子質量為質子的1/1836倍，湯姆遜的估計還是非常準確的。

在原子核中，除了電子和質子以外，還有一種中子，它比質子重那麼一丟丟，為
1.674927471×10^−27 kg，三者構成了物質，而物質組成了整個地球，根據其中大部分元素中的質子和中子比例我們就能計算電子的佔比，繼而計算出整個地球中電子的質量比！

地殼中元素豐度比例

大家都很熟悉地殼中元素豐度排名為氧（46.60%）、矽（27.72%）、鋁（8.13%）、鐵（5.00%）！但這並不是我們想要的數據，因為這只是地殼，整個地球的元素比例並不是這樣，地球的內核幾乎都是鐵鎳質，整體比例為：鐵（32.1％），氧（30.1％），矽（15.1％），鎂（13.9％），硫（2.9％），鎳（1.8％），鈣（1.5）和鋁（1.4％）；其餘1.2％是其他痕量元素！

在這些元素的比例中，質子約佔總質量的49％，中子則佔了51％，地球的總質量約有5.97×10^24千克，那麼49%則為2.93×10^24千克，按1/1836計算，總共有1.6×10^21千克電子！大約是穀神星質量9.43±0.07*10²⁰千克的1.5倍！是不是很嚇人？

這些電子有多少能量？

電子的能量有兩種，一直質能方程中將質量完全轉換為能量的方式，另一種則電子在電勢差中移動所做的功，當然我們好奇的是後者，假如將這些電子都移動電勢差為1V時所作的功大約有多少呢？

1eV=1.602x10^(-19) J

而電子數量則為：1.75×10^51個，那麼總共所作的功總共為2.8×10^32J

地球的引力結合能約為：2.45X10^32J，剛好可以把地球炸回姥姥家，看起來相當不錯！

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