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原子内部是空的

圖文 更新时间:2025-01-16 10:42:35

宇宙萬事萬物都是由原子組成,一百多年前,人們一度認為原子是不可分割的最小粒子。但如今我們知道即便是微小的原子,也有自己的結構。

原子内部是空的(原子内部99以上都是真空)1

原子是由原子核和核外電子組成的,電子是基本粒子。質子和中子組成了原子核,而質子和中子都是由誇克(三個誇克)組成的,誇克也是基本粒子。

不過由于誇克禁閉的存在,誇克無法單獨存在,人們也無法直接觀測到誇克的存在。

那麼,原子的内部結構到底是如何分布的呢?舉個宏觀的例子就能很直觀地看出來了。

原子内部是空的(原子内部99以上都是真空)2

假設把原子放大到足球場大小,那麼原子核和電子都有多大呢?

答案肯定會讓你大吃一驚。原子核隻有一個豆子那麼大,位于足球場中央。而電子就更小了,比足球場看台上的一粒灰塵還要小!

原子核和電子都如此地小,那麼除了原子核和電子之外,原子内部其他地方都是空的嗎?

看起來,原子内部真的很空,但空并不代表着虛無,甚至恰恰相反,那裡很“活躍”!

原子核帶正電,電子帶負電。這意味着原子核周圍擁有非常強大的電場,同時電子本身也有電場。

還有更重要的一點,電子并不是像地球圍繞太陽那樣做固定的圓周運動,電子并沒有固定的軌道,而是非常随機地出現在原子核周圍,就像一大團雲那樣,被稱為“電子雲”。

原子内部是空的(原子内部99以上都是真空)3

所以,不要認為原子内部是真空,千萬不要以為物體可以随便進入原子内部。電子雲的存在,看起來就像在原子核周圍建造一層又一層“硬殼”,一般的粒子很難進入,除非像中微子這樣的不帶電的粒子可以随意進入,其他粒子基本都被謝絕。

這也是為什麼理論上原子内部非常空,但表現出來卻非常緻密硬實。原子是如此地堅硬,以至于一般的力量很難對原子進行壓縮。要想穿透原子外圍的“硬殼”,需要大質量天體,比如說恒星核心區域,那裡的溫度和壓強巨大。

雖然原子核的體積非常小,但它卻占據了整個原子超過99.9%的質量,原子核的密度非常之大,一立方厘米的原子核質量高達一億噸!

組成原子核的質子和中子依靠強大的強力結合在一起。我們通常所說的“質子加中子的質量等于原子核的質量”其實并不嚴謹,前者要比後者小一些,因為質子和中子的結合能占據了一部分質量。

原子内部是空的(原子内部99以上都是真空)4

再細分下去,質子和中子都是由誇克組成的,質子由兩個上誇克一個下誇克組成,而中子由一個上誇克兩個下誇克組成。

不同的誇克直降通過“膠子”傳遞強力(強相互作用)結合在一起,實際上,三個誇克的質量隻占據了質子(中子)質量的不到1%,其他99%的質量都是強相互作用産生的質量。

膠子就類似傳播電磁力的光子那樣,是傳播子,本身沒有質量(靜質量)。

那麼更小的誇克能不能繼續細分下去呢?

目前科學家還無從得知。由于誇克禁閉,誇克無法單獨存在,科學家甚至無法觀測到誇克,起碼目前無法做到,更談不上對誇克進行細分了。

原子内部是空的(原子内部99以上都是真空)5

一種更高深的理論,弦理論認為誇克等所有基本粒子都是由振動的弦組成的,振動方向和頻率的不同構成了不同的基本粒子。除了弦理論之外,還有膜宇宙,高維時空,多重宇宙等理論。

但以上的理論很難得到驗證,目前更多地停留在推理和猜想階段。

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