江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 资讯 > >

原子|原子99.999%的空间都是空的，为什么构成的东西却实实在在？

真实的原子模型
一提到原子 ， 很多人想到的是类似于太阳系那样的原子模型 ， 电子像是行星一样在外围 ， 中心有个原子核 ， 而且这个原子核还真的不小 。
原子|原子99.999%的空间都是空的，为什么构成的东西却实实在在？
实际上 ， 原子的真实面貌与大多数人想象中的是完全不一样的 。
上世纪初 ， 科学家卢瑟福就开始着手研究原子结构 。 他用α粒子轰击金箔 ， 结果大多数的α粒子都穿过了金箔 ， 有少数的α粒子发生了较大的偏折 ， 极其小数的α粒子偏转角度超过了90度 ， 有的甚至是直接180度角反弹回来 。
原子|原子99.999%的空间都是空的，为什么构成的东西却实实在在？
那卢瑟福的实验能说明什么呢？
这个实验告诉我们 ， 原子是很空旷的 ， 并且并不存在一层外壳包裹着；除此之外 ， 原子核远比我们想象中的要小得多 。 如果我们把原子看成像足球场那么大 ， 那么原子核大概也就是一只蚂蚁那么大 。 那么问题就来了 ， 原子明明是空空如也 ， 为什么原子构成的万物都实实在在？
四大基本相互作用
要搞清楚这个问题 ， 我们就得先来了解一下宇宙中的四大基本相互作用 。 上世纪 ， 科学家发现 ， 在宇宙存在着四种基本相互作用 ， 分别是强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用 。 那它们有什么用呢？
原子|原子99.999%的空间都是空的，为什么构成的东西却实实在在？
我们所处的宇宙是一个物质主导的宇宙 ， 构成物质的基本单位是基本粒子 ， 比如：夸克、电子、中微子等等 ， 这类粒子也被称为费米子 。 如果把一坨基本粒子放一起 ， 它们是很难构成物质的 。 这就需要有“粘合剂” ， 而相互作用起到了粘合剂的作用 。 不同的相互作用的作用范围不同 ， 强度也不同 ， 起到了不同的“粘合剂”作用 。
原子|原子99.999%的空间都是空的，为什么构成的东西却实实在在？
【原子|原子99.999%的空间都是空的，为什么构成的东西却实实在在？】强相互作用和弱相互作用确保了原子核结构得以形成 。 电磁相互作用确保了原子结构得以形成；引力相互作用则是物质之间相互吸引的作用力 。 那么问题来了 ， 四大基本作用是通过什么样的方式实现的呢？
科学家发现 ， 它们依靠的是另外一种实实在在的物质 ， 我们把它们叫做：场 。 最被人所熟悉的“场”应该就是电磁场了 。 电磁场可以传递电磁相互作用 。
原子|原子99.999%的空间都是空的，为什么构成的东西却实实在在？
如果“场”是一种物质 ， 那么场应该也有自身的“基本粒子” ， 我们把这种粒子叫做玻色子 。 电磁场对应的玻色子就是光子 。 也就是说 ， 电磁力是依靠传递光子来实现相互作用的 。 同理 ， 强相互作用是依靠胶子来传递作用的；弱相互作用是依靠W玻色子和Z玻色子来传递作用的 。
以上我们说的这套理论被称为粒子物理标准模型 ， 这个模型目前已经统一了电磁相互作用和弱相互作用 ， 部分统一了强相互作用 。 在这个理论中 ， 科学家还假设了“引力子”是传递引力相互作用的玻色子 ， 只不过"引力子”的假设还存在很多问题 。
原子|原子99.999%的空间都是空的，为什么构成的东西却实实在在？
多说一句 ， 除了这些玻色子之外 ， 还有一种玻色子是赋予粒子质量的 ， 这个玻色子被叫做希格斯玻色子 ， 也被称为上帝粒子 。
原子|原子99.999%的空间都是空的，为什么构成的东西却实实在在？
原子间的相互作用
了解了这些 ， 我们再来看开头的问题：原子明明是空空如也 ， 为什么原子构成的万物都实实在在？
很明显 ， 原子之间的相互作用必然是电磁相互作用 ， 这是因为原子核外是存在着电子的 。 所以 ， 本质上应该是原子里的电子和其他原子里的电子发生电磁相互作用 。
当然 ， 这么说其实并不严谨 。 这是因为我们还没有说清楚：电子到底是什么状态？
著名的量子力学奠基人海森堡曾经提出一个不确定性原理 。 这个不确定性原理告诉我们 ， 电子的位置和动量信息是无法同侧测准的 ， 如果你测准了位置信息 ， 就测不准动量信息 ， 测准了动量信息 ， 就无法测准位置信息 。 那这个理论有什么用呢？
原子|原子99.999%的空间都是空的，为什么构成的东西却实实在在？
这个理论告诉我们电子在原子核的状态和宏观物体是不同的 ， 它是呈现电子云的形式 。 具体来说就是 ， 电子出现在原子核外的任意位置 ， 我们只知道它出现在某个位置的概率 ， 但我们无法同时知道它的位置和动量信息 。 你可以理解成电子无处不在 ， 同时存在于任意位置 。


推荐阅读


上一篇：长江|长江最深的地方在哪？有多深？

下一篇：感冒症状|“感冒病毒”也有狠角色，害死过几千万人，可能还将继续……