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原子内部99%都是虚空那里真的“什么都没有”吗?

发布时间:2024-08-29 22:32:40人气:

  原子内部99%都是虚空那里真的“什么都没有”吗?这个问题看似简单,其实一点也不简单。在很多人的固有印象里,原子结构很简单,就是由原子核和核外电子组成的,电子围绕原子核旋转,就像地球围绕太阳旋转那样。

  当然,也会有小伙伴说,原子核和电子的关系,并不像地球和太阳的关系那样,因为电子具有不同的能级轨道,是一层一层的,电子可以在不同的能级之间发生跃迁,从而吸收或者释放光子。

  网络上也有很多示意图,描述原子结构,以上两种描述方式都有。实际上,上述两种描述方式也不能说不对,只是以一种通俗的方式告诉我们原子的结构。

  也就是说,按照真实比例,我们很难把原子内部的原子核和电子描述出来,尤其是电子,在图片上或许只有一个像素的大小。

  那么,既然原子核和电子都这么小,除了原子核和电子之外的广阔空间,到底是什么呢?是真空还是存在着某些神秘的东西呢?

  原子一度被认为是不可分割的基本粒子,直径只有大约一百万分之一毫米,原子的尺寸远小于可见光的波长,因此我们并不能用光学显微镜看到原子,哪怕再先进的光学显微镜都不行,这与光学显微镜的精度无关,是由可见光的波长和原子尺度决定的。

  但即便如此,我们也看不到原子中间的原子核,为什么?因为即使光子远比电子更小,但仍旧无法穿越电子形成的屏障。而且光子在穿越电子屏障时,下场只有两种:要么被电子吸收,要么被电子形成的电场屏障屏蔽。结果就是:绝大多数光子都到达不了原子核。

  其实原子核能形成强大的磁场,有些原子核表面的磁场强度甚至与中子星表面媲美,只不过作用范围很有限,只会对附近的电子起作用。

  很多人的固有印象里,电子就是一颗实体小球,就像玻璃球那样。实际上我们并不知道电子的形成,因为我们完全无法准确看到电子。

  物理学上认为,电子是一个极其微小的球体,质量非常小,只有10的负30次方千克。由于质量非常小,电子以非常接近光速的速度运行。

  由于电子的尺度非常小,我们很难用经典物理学描述电子的行为,只能用量子力学。说白了,很多时候电子并不会表现出粒子性,而是波动性。

  量子力学认为,电子其实并不是一个小球,而是一团“云雾”,所谓的“电子云”。真实的情况是,电子在某个层级轨道上可以同时出现在两个不同的地方。

  这种特性让我们很难理解,但这就是量子力学所表达的真实情况。通俗理解就是,电子不是粒子,而是波,波动性意味着电子在原子核外无处不在,原子核外面不但不是真空,而是充满了电子。

  但现实并非如此简单,因为电子和原子核之间时刻都在发生着相互作用,其中包括电磁作用和弱力作用。

  在电磁作用下,电子与质子之间会不断交换光子。而在弱力作用下,电子与中子会不断交换玻色子。因此,我们也可以这么讲,电子与原子核之间,其实也充满了电磁力和弱力!

  经典物理学告诉我们,电子是粒子。但由于电子尺度很小,根本无法用经典物理学准确描述,需要用量子物理去理解Bsports体育

  在量子物理体系下,电子具有波粒二象性,其实更多的表现为波的特性,电子完全没有特定位置,我们只能描述电子在某个时间某个位置出现的概率。理论上电子可能出现在原子核附近,但也可能出现在银河系的边缘, 只不过是概率大小的问题。大概率会出现在原子核附近,而出现在银河系边缘的概率几乎为零。

  除了电子之外,原子核外围的广阔空间里,还可能有各种宇宙射线,比如说X射线,伽马射线,中微子等,但它们都像是“匆匆过客”,并不会在电子内部待太长时间,基本上都是一闪而过罢了。

  另外,大自然并不允许绝对真空的存在。在真空的环境里,会随机上演量子涨落,衍生出各种虚粒子对,然后瞬间消失,就像沸腾的海洋那样,此起彼伏,非常热闹,甚至比现实世界更加热闹!

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