文章
原子內部99%以上都是真空?里面隱藏著更深刻的奧秘
2023/10/20

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夸克(三個夸克)組成的,夸克也是基本粒子。

不過由于夸克禁閉的存在,夸克無法單獨存在,人們也無法直接觀測到夸克的存在。

那麼,原子的內部結構到底是如何分布的呢?舉個巨觀的例子就能很直觀地看出來了。

ADVERTISEMENT


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。原子核只有一個豆子那麼大,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,原子內部其他地方都是空的嗎?

看起來,原子內部真的很空,但空并不代表著虛無,甚至恰恰相反,那里很「活躍」!

原子核帶正電,電子帶負電。這意味著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,而是非常隨機地出現在原子核周圍,就像一大團云那樣,被稱為「電子云」。


所以,不要認為原子內部是真空,千萬不要以為物體可以隨便進入原子內部。電子云的存在,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隨意進入,其他粒子基本都被謝絕。

這也是為什麼理論上原子內部非常空,但表現出來卻非常致密硬實。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,那里的溫度和壓強巨大。

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,前者要比后者小一些,因為質子和中子的結合能占據了一部分質量。

ADVERTISEMENT


再細分下去,質子和中子都是由夸克組成的,質子由兩個上夸克一個下夸克組成,而中子由一個上夸克兩個下夸克組成。

不同的夸克直降通過「膠子」傳遞強力(強相互作用)結合在一起,實際上,三個夸克的質量只占據了質子(中子)質量的不到1%,其他99%的質量都是強相互作用產生的質量。

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)。

那麼更小的夸克能不能繼續細分下去呢?

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


一種更高深的理論,弦理論認為夸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。

點擊左下角「閱讀原文」,加入我的知識星球,同通俗的語言詮釋科學。

愛因斯坦認為:每秒30萬公里的光速,人類是無法超越的?
2024/05/08
為什麼會發生宇宙大爆炸?從愛因斯坦到楊振寧,他們都不知道
2024/05/08

ADVERTISEMENT

亮度達太陽27倍,質量是地球33萬倍!天狼星系統為何是個傳奇?
2024/05/06
外星人存在是一場錯覺?地球之外,別的星球真的孕育不出生命嗎
2024/05/06
可怕的真空衰變:瞬間就能毀滅宇宙,現在可能已經發生了?
2024/05/05
旅行者一號距離地球243億公里,為什麼還能跟地球保持聯系?
2024/05/03
地球到底要去哪?秒速630公里向一個方向狂奔,我們卻渾然不覺!
2024/05/03
地球上,山的高度為什麼不能超過20000米?是什麼鎖住了山高?
2024/05/02
恐龍滅絕之前,到底經歷了什麼?你以為是一瞬間,其實是漫長處刑
2024/05/01
宇宙起源于138億年前,那麼宇宙在誕生之前,到底是什麼樣子的?
2024/05/01
美國使絆子無果,嫦娥七號反而大突破:參與國增加到7個,遠超嫦6
2024/05/01
宇宙到底有沒有邊緣?預計星系至少有2萬億個,九成以上是未知
2024/04/30
比太陽大21倍的黑洞,竟以95%的光速在自轉!靠近會發生什麼?
2024/04/29
遠超音速!地球自轉轉速高達463m/s,為啥人類不會被甩到外太空?
2024/04/28
來自天鵝座的神秘信號!1萬年前發信,能量高達1400萬億電子伏特
2024/04/28
月球上頻繁出現閃光,美國宇航局為何隱瞞真相?結論終于云開霧散
2024/04/27
從地球到銀河系,天文學家認為:人類永遠無法飛出宇宙?
2024/04/27
二級文明的證明,高維生物「打火機」,造一顆戴森球要多大成本?
2024/04/26
今天才明白,為什麼蘇聯的「挖穿地球」計劃,才突破一萬米就停了
2024/04/24
韓國學者:地球自轉軸偏了80厘米,人類抽地下水的惡果正在反噬!
2024/04/23