01
在化学中,“原子”是一种元素可以保持自己化学状态的最小单位,也是化学变化中的最小粒子,各种各样的分子是由原子构成的,还有不少物质是由原子直接组成的。
但是在原子内部,几乎有99%以上的空间是不存在其他物质的虚空,为什么由原子组成的各种物体,包括人类的身体在内,看起来和摸起来却这么实在呢?
其实自从人类文明诞生开始,关于所有物体都是由更小单位组成的概念,已经流传很久了。
佛教中的“一花一世界,一叶一菩提。”,就很好的诠释了这种哲学思维。
山外有山人外有人,这句话用来描述我们的宇宙很合适,在宇宙中总有更大的星系结构,以人类现在的科技,想要探索整个宇宙是很困难的。
但我们可以探索微观的宇宙结构,去研究最小的物质构成,在化学中原子是最小的单位,但在物理学中,原子并不是最小的单位,它是由一个致密的原子核,再加上核外运动的电子组成。
原子核基本是质子、中子组成,在量子力学中,通过标准模型我们可以知道,质子和中子是由“夸克”这种基本粒子组成的。
物理学中的基本粒子,才是人类认知中的最小单位,也是组成一切可见物质的基础。
在希腊语中“原子”的含义,就是不可分的意思,也就是最小的单位,在传统认知中,原子本身是无比坚硬的,但是随着科学的逐步发展,量子力学诞生之后,基本粒子和量子的概念出现,人类对于微观世界的认知就又一次被刷新了。
02
原子是由一个致密的原子核,还有核外电子组成,这些电子围绕着原子核运动,就像是宇宙中的恒星系一样。
这种微观世界和宏观世界的惊人巧合,让人十分的惊叹!
就像是地球围绕太阳运动旋转一样,电子也在围绕着原子核运动,不过这种运动是不规律且无法预测的。
微观也不可能和宏观完全相似,但微观世界的原子和星系这么相似,还是让人很惊叹。
并且对于原子来说,原子核很小,围绕原子核运动的电子也很小,原子中大部分空间都是虚空,不存在任何物质,既然原子内部这么空,为什么原子组成的物体,这么坚实呢?
原子核占据了整个原子总质量的99%,但它的体积只有原子的几千亿分之一。
虽然这个比例很悬殊,但因为有电子的存在,电子在不同的个轨道上高速运动,并且在这个过程中向外释放电磁波和各种辐射☢️。
电子的轨道很难预测,形成了一个密集的“电子云”,再加上原子内部受到了基本力的影响,就算原子内部大部分空间是虚无的,通过电子的运动实现了虚空并不空。
在量子力学中,存在很多违背常识的现象,比如说在量子力学中,不存在所谓的绝对真空,通过不确定性原理可以得知,我们的宇宙在任何一个角落都存在着不可预测的量子涨落。
再加上波粒二象性的存在,我们其实是无法得知电子状态的,电子的轨道随机,出现在任何一个位置概率都是随机的,通过波粒二象性我们可以得知,电子的实际状态是无法预测的。
一个电子可以同时出现在不同的轨道上,只要没有观测者的存在,我们就无法确定电子的实际位置,甚至一个电子就能组成密集的电子云,因此原子内部的空间看似大部分都是虚空,但电子又无处不在。
再加上基本力的存在,除了中微子还有中子,其他任何物质都无法穿透电子云进入原子内,原子核和电子还会产生静电力相互作用,这些力形成了一个外壳。
所以原子内部也只是在理论上大部分是虚空,其实原子内部和我们想的不一样。
03
人类对于宇宙的认知,其实是很片面的,用在地球上的尝试去描述宇宙,总是会出现各种问题。
不论是微观世界还是宏观宇宙,都有很多违背我们常识的现象,原子内部看似是“虚空”,但因为电磁力和强相互作用力的存在,再加上一些量子力学的现象,所谓的虚空并不空。
对于人类来说,组成物质宇宙的基本粒子实在是太小了,更别提宇宙中还存在不辐射☢️光也不反射光的暗物质,人类对于暗物质的性质可以说是一无所知,或许未来对于暗物质的研究,可以再次颠覆我们对基本粒子的认知。