我们常常听到有人说原子内99.9999%都是空的,那事实上真是这样吗?我们来看一个具体的例子,氢原子是宇宙中最简单的原子,在处于最低能级(基态)时,它的原子半径最小,大约为0.528 x 10^-10 米,氢原子的原子核其实就是一个质子,其半径大约为 0.833 x 10^-15 米,除此之外,氢原子的内部还有一个电子,关于电子的半径目前我们还没有确切的数值,但可以肯定的是,电子的半径不会超过 10^-16 米的数量级。

原子内99.9999%都是空的,在这么大的空间里会存在什么东西?-MAAMX

经过简单的计算我们就可以得出,氢原子的半径大约是其原子核的63385倍,按照这个比例,假如我们把原子核放大到一个足球(足球半径约为0.11米)的大小,那么氢原子就是一个半径为6.972公里的巨大球体,而在这个球体里的电子大概就与一颗普通的玻璃弹珠差不多。

由此可知,原子内的空间大得离谱,我们说原子内99.9999%都是空的,都不足以说明原子内部的空旷程度,事实上,我们还应该在小数点后面加上更多的“9”才行。那么问题就来了,在这么大的空间里会存在什么东西呢?

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根据量子力学的描述,原子内的电子不是规规矩矩地围绕着原子核运行,而是以一种“概率波”的方式分布在原子内的空间,它们会按照一定的概率随机地出现在原子内的空间里,电子的这种分布方式被称为“电子云”,也就是说,原子内的空间并不是我们想象中的那么空旷。

那么在原子内的空间里,除了原子核和电子之外,还有其他东西吗?答案是肯定的。

首先就是“希格斯场”,这是物理学家彼得.希格斯(Peter Higgs)在1960年代提出的理论,该理论指出,“希格斯场”在宇宙空间里无处不在,而正是因为“希格斯场”的存在,构成宇宙万物的基本粒子才会具备质量。

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我们都知道,当物体在水里面运动的时候,水会对这个物质造成一定的阻碍,希格斯认为,当基本粒子在“希格斯场”中运动时,“希格斯场”也有可能会对其造成一定的“阻碍”,这种“阻碍”程度的大小就是我们所说的“质量”了。

希格斯指出,并不是所有的基本粒子都会受到“希格斯场”的“阻碍”,比如说光子,所以光子的质量就为零,其速度也就是宇宙中最快的速度——光速。需要注意的是,希格斯的理论在2013年的时候就已经得到了欧洲核子研究组织(CERN)的证实,这就意味着,“希格斯场”是真实存在的,而由于“希格斯场”在宇宙中无处不在,所以在原子内的空间里必定也有它的存在(否则原子核和电子将没有质量可言)。

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除了一直存在的“希格斯场”之外,在原子的内部还有一些“过客”,首先就是光子,光子是传递电磁力的基本粒子,因此如果原子处于电磁场中,那么原子内的空间里就会有光子。

然后就是中微子,由于中微子体积非常小(半径大约是 10^-20 米),又不受强相互作用力、电磁力和引力的影响(注:中微子质量极低,引力对它的作用可以忽略不计),所以绝大多数的中微子都可以轻松地穿过原子。

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在我们地球上,中微子主要来自于太阳内部的核聚变,太阳每秒钟会释放出大约 1.7 x 10^38 个中微子,平均下来到达地球的中微子密度可以达到每平方米 6 x 10^14个(600万亿个),因此可以说,在地球上的原子内的空间里,会经常出现中微子的身影。除此之外,当一些较重的原子核发生衰变的时候会释放出一些粒子,比如说α粒子或者β粒子(电子或正电子),这些粒子也会在原子内的空间里短时间地存在。

另外要说的是,在原子内的空间里,还有可能存在一种基本粒子——引力子。

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在宇宙中存在四种基本力,目前我们已经确认了其中三种力的传递方式,即强相互作用力由胶子传递,电磁力由光子传递,弱相互作用力由W±玻色子和Z玻色子传递,在这个基础上,科学家推测引力也是由某种基本粒子传递的,这种基本粒子就被称为引力子。

我们都知道,凡是具有质量的物质都会产生引力,所以说如果科学家的这种推测是正确的话,那么在原子内的空间里还会存在着引力子。


好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见`

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