原子为什么如此空旷?你知道吗?

你可以将所有人类放进一块方糖大小的立方体内,尺寸刚好。

在学校里我们学过原子的构造,原子是组成世间万物的基本粒子。恰当地说,原子就像一个微型的太阳系,中心的原子核替代了太阳的位置,四周有电子如行星般沿轨道环绕原子核运行。

原子为什么如此空旷?你知道吗?

但是,这种比喻并没能将原子内部无际的空旷展示出来。
事实上,原子内部空无一物的空间占了整个原子体积的99.9999999999999%。这么说来,你的身体就如魂魄一般虚无,我也一样。我们其实都像魂魄那样缥缈。所以,如果你能把全世界70亿人类身体中的那些空荡荡的空间都挤压出去,那么你就正好能把所有人都装进一块方糖大小的立方体里了(虽然这个小方块会非常重)。

原子为什么如此空旷?你知道吗?


在浩瀚的宇宙中也存在这样的现象,
当星体像超新星一样爆炸,将其外层结构向外抛撒时,与之相反,其内核会产生内爆并向内坍塌(事实上,我们认为正是这种内爆导致了外部的爆炸)。星体在爆炸后变为中子星,仅有珠穆朗玛峰大小,然而其质量却约等于太阳。如果你能去中子星一趟,挖一块方糖大小的土块,那么这个小土块就和全世界的人的体重之和一样大啦。

原子为什么如此空旷?你知道吗?

然而,为什么原子如此空旷呢?


先来看一个可观测到的简单现象:物质的这些基本组成微粒有着奇特的双重本质。这些微粒能在一定范围内规矩地当个粒子,就像台球桌上的台球一样。而它们也能呈现为扩散的波,就像池塘里的阵阵涟漪。不要试图想象这为何如此怪异,你是想不通的。事实上,电子、光子及其他组成世界的基本微粒,不像日常生活中的任何事物,它们既不是粒子也不是波——目前还没有造出描述它们的词。就如同一个永远无法直接观测的物体,我们只能从临近的两面墙上看它的影子一般,我们也仅能通过量子世界在实验室里留下的踪迹来一窥一二:一个实验结果是一颗小小的微粒,另一个实验结果是跳动的波纹。

原子为什么如此空旷?你知道吗?


关键在于微粒越小,则其量子波能量越大。而我们熟悉的最小微粒便是电子,因此它的量子波能量也是最大的。因为电子需要很大的空间来施展身手,所以原子只能腾出相比原子核而言大到离谱的空间给电子——原子就是个巨大而空旷的空间。

好了,今天就到这里啦!最后引用一首诗结束今天的话题:

一沙一世界,
一花一天堂,
掌中握无限,
瞬时纳永恒。
——威廉·布莱克(William Blake),

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页面更新:2024-04-27

标签:原子   子波   中子星   土块   方糖   原子核   微粒   空旷   大小   电子   空间

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