原子内部99%都是空的,难道没有绝对实心的物体吗?

路昭观看科技 2024-12-19 01:34:30

让我们一起探讨两个至关重要的议题:何为“虚无”?何为“充实”?

在宏观层面,譬如一块石头,我们通常会认为它是固态的、充实的物质。同样,对于一面墙,我们也会有相同的看法。但是,倘若我们饮用了一瓶矿泉水,并将瓶盖紧闭,问及孩童瓶内是否空无一物,他们很可能会回答说是。

然而,我们知道瓶中尚存有空气。如果采用抽真空的方式将空气抽出,那么瓶子算是空无一物了吗?

答案仍旧是,并非如此。因为瓶中依然会有各种宇宙射线,中微子等粒子源源不断地穿越而过,而且,还存在着一些可能永远无法被消除的能量。

那么,假设我们能够移除所有已知的物质,包括能量本身,矿泉水瓶内算是空无一物了吗?

很遗憾,答案仍然是否定的。

我们不能将宏观世界的规律套用到微观领域。在量子这一微小而神奇的宇宙中,情况将发生怎样翻天覆地的改变,其神秘莫测令人惊叹。

在量子领域中,“虚无”实际上并不空洞,相反,那里异常活跃。虚粒子能够通过借用能量的方式瞬间产生,随即迅速湮灭以归还所借能量。只要湮灭的速度足够迅速,任何事情都有可能发生!

换言之,量子世界中热闹非凡,虚粒子的生成和湮灭宛如波涛汹涌的海洋,那里的景象比宏观世界更加生动!

“彻底的空无”是不存在的,大自然似乎极度厌恶“绝对的虚无”,总是不遗余力地制造事物以阻止“绝对真空”的出现!

再探讨原子的内部结构,看看是否存在充实的物质。

历史上,人们曾一度认为原子是固态的、不可分割的基本单位。然而,物理学家卢瑟福及其弟子通过一个实验彻底改变了我们对原子的认知。在实验中,卢瑟福向仅有数个原子厚度的金箔发射α粒子,发现绝大多数α粒子能毫无障碍地穿透金箔,只有少数α粒子改变了行进方向,甚至被反弹回去。

这一实验结果使卢瑟福认识到,原子并非固态的,大部分是“空旷的”,并据此构建了卢瑟福原子模型,该模型已与现代原子模型颇为接近。

现代科学告诉我们,原子内部的大部分空间实际上是“空旷的”(尽管称之为“空”并不精确,稍后将进行解释)。尽管原子体积微小,但原子核和电子更是渺小。假如将一个原子比作一个足球场,那么原子核仅有蚂蚁大小,至于电子,则小到无法形容。你能想象这种大小比例吗?

但随之而来的问题是,既然原子内部如此“广阔”,为何电子没有塌陷至原子核中呢?

主要原因在于量子世界的不确定性。电子并非像行星环绕太阳那般围绕原子核旋转,它们没有固定的轨道,而是随机地出现在原子核周围,以概率云的形式存在。

也就是说,我们无法确定电子的确切位置,只能知道电子在特定位置出现的概率。

那么电子是否还可以被细分?或者说,电子是固态的吗?

根据目前的知识,电子无法被细分,它是一种基本粒子。在标准模型中,电子、夸克、中微子等都被归为基本粒子,亦称“费米子”,它们被认为是不可再分的。

除了基本粒子外,科学家们还发现了将费米子连接在一起的“粘合剂”,即传递力作用的胶子。例如,传递电磁力的光子,传递弱力的玻色子,传递引力的引力子(尚未被发现,仅为理论),以及赋予粒子质量的希格斯玻色子。

那么,这些基本粒子是固态的吗?它们还能被细分吗?

很遗憾,目前我们尚不清楚,因为科学家们还无法将其“解剖”。超弦理论认为,这些基本粒子仍然可以细分,由弦组成,而电子等基本粒子仅是弦组成的能量包,这些能量包展现了电子的大致体积。然而,超弦理论目前仅是数学上的推演,尚缺乏实验证据。

你可能会想,如果施加巨大的压力压缩原子,是否会使其成为固态?

实际上,这种状况在宇宙中时有发生。当恒星(如太阳)耗尽燃料,电子简并力无法抵抗引力时,电子会坠向原子核,形成白矮星。但在白矮星中,电子与原子核之间仍保持一定距离。如果恒星质量更大,引力更强,超过钱德拉塞卡极限时,电子将完全坠入原子核,形成中子星。中子星的密度极高,一勺中子星物质的质量就能达到10亿吨。

从理论上讲,中子星可能是固态的,代表了原子核密度的极限。

但问题在于“黑洞”的存在,中子简并态和夸克组成的中子仍可被压缩,最终形成黑洞。黑洞被视为一个体积无限小的密集点,即奇点,这已超出了科学认知的范畴,至少目前我们还无法了解!

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