惊呆了

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原子内部99%以上都是真空?里面隐藏着更深刻的奥秘

访客

宇宙万事万物都是由原子组成,一百多年前,人们一度认为原子是不可分割的最小粒子。但如今我们知道即便是微小的原子,也有自己的结构。


原子是由原子核和核外电子组成的,电子是基本粒子。质子和中子组成了原子核,而质子和中子都是由夸克(三个夸克)组成的,夸克也是基本粒子。

不过由于夸克禁闭的存在,夸克无法单独存在,人们也无法直接观测到夸克的存在。

那么,原子的内部结构到底是如何分布的呢?举个宏观的例子就能很直观地看出来了。


假设把原子放大到足球场大小,那么原子核和电子都有多大呢?

答案肯定会让你大吃一惊。原子核只有一个豆子那么大,位于足球场中央。而电子就更小了,比足球场看台上的一粒灰尘还要小!

原子核和电子都如此地小,那么除了原子核和电子之外,原子内部其他地方都是空的吗?

看起来,原子内部真的很空,但空并不代表着虚无,甚至恰恰相反,那里很“活跃”!

原子核带正电,电子带负电。这意味着原子核周围拥有非常强大的电场,同时电子本身也有电场。

还有更重要的一点,电子并不是像地球围绕太阳那样做固定的圆周运动,电子并没有固定的轨道,而是非常随机地出现在原子核周围,就像一大团云那样,被称为“电子云”。


所以,不要认为原子内部是真空,千万不要以为物体可以随便进入原子内部。电子云的存在,看起来就像在原子核周围建造一层又一层“硬壳”,一般的粒子很难进入,除非像中微子这样的不带电的粒子可以随意进入,其他粒子基本都被谢绝。

这也是为什么理论上原子内部非常空,但表现出来却非常致密硬实。原子是如此地坚硬,以至于一般的力量很难对原子进行压缩。要想穿透原子外围的“硬壳”,需要大质量天体,比如说恒星核心区域,那里的温度和压强巨大。

虽然原子核的体积非常小,但它却占据了整个原子超过99.9%的质量,原子核的密度非常之大,一立方厘米的原子核质量高达一亿吨!

组成原子核的质子和中子依靠强大的强力结合在一起。我们通常所说的“质子加中子的质量等于原子核的质量”其实并不严谨,前者要比后者小一些,因为质子和中子的结合能占据了一部分质量。


再细分下去,质子和中子都是由夸克组成的,质子由两个上夸克一个下夸克组成,而中子由一个上夸克两个下夸克组成。

不同的夸克直降通过“胶子”传递强力(强相互作用)结合在一起,实际上,三个夸克的质量只占据了质子(中子)质量的不到1%,其他99%的质量都是强相互作用产生的质量。

胶子就类似传播电磁力的光子那样,是传播子,本身没有质量(静质量)。

那么更小的夸克能不能继续细分下去呢?

目前科学家还无从得知。由于夸克禁闭,夸克无法单独存在,科学家甚至无法观测到夸克,起码目前无法做到,更谈不上对夸克进行细分了。


一种更高深的理论,弦理论认为夸克等所有基本粒子都是由振动的弦组成的,振动方向和频率的不同构成了不同的基本粒子。除了弦理论之外,还有膜宇宙,高维时空,多重宇宙等理论。

但以上的理论很难得到验证,目前更多地停留在推理和猜想阶段。

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