原子內絕結構是怎樣的?
“原子內絕大部分空間都是空的?那么有絕對實心的物質嗎?”,關于這個問題,我們可以一個個來回答。
原子內絕大部分空間都是空的?其實科學最重要的一個特點,就是在搞任何研究之前,都要先把研究對象定義清楚。我們雖然不搞研究,但是在談論科學問題時,其實也要把談論的對象定義清楚。也就是,所謂的“空”,到底是什么?或者說,存不存在空?其實在量子世界里,“空”也很熱鬧,雖然才有那句名言:真空不空。
不過,相信對大多數人而言,“空”其實是指什么都看不到。那原子內部是這樣的么?如果我們把時間靜止,某一時刻電子靜止了(雖然這是不可能事情,我們就假設可以。)我們這個時候再來看原子核和電子,就會發現一個問題,原子其實很大很大,原子核和電子很小很小。如果用比喻的話,應該是這樣的,原子如果有足球場那么大,而原子核只有螞蟻那么大,至于電子,那就更小了。通過這個比喻,我們也大概知道原子有多空了。
但是你想過它為啥不會塌么?原因其實就在于核外電子,它并不是軌道式地繞圈圈,而是呈現概率云式的,我們只知道下一刻它出現在某個位置的概率。
有絕對實心的物質嗎?那到底有沒有絕對實心的東西,就要從古希臘的一位哲學家說起了,他就是德謨克利特,和亞里士多德差不多時期。
他就曾提出原子論,認為構成萬物的是一種無限切分到無法再切分的原子。當然,他所說的原子和我們現在的原子并不是一種。之所以一樣的名字,是后來的科學家盜用了人家的德謨克利特的發明。
但是德謨克利特也給我們指出了一條路,那就是存不存在可以一種沒辦法繼續再發的粒子。整個20世紀的粒子物理學家和實驗物理學家都在忙會這事,他們找到了100多種粒子。最后建立了一個粒子物理標準模型。
我們可以來簡單講一講,就比如:質子還能再分么?實際上可以。質子是由三個夸克構成的。那電子可以再分么?實際上不可以。科學家找到了一對基本粒子,它們都不可再分,這當中就有電子,夸克,中微子,它們把這些粒子叫做費米子。
除了此之外,科學家還在到了粘合劑,就是把費米子們串聯起來的粒子,這當中就有傳遞強相互作用的膠子,傳遞電磁相互作用的光子,傳遞弱相互作用的Z玻色子和W玻色子,還有賦予粒子能量的希格斯玻色子,這些起到粘合劑作用的粒子就叫做玻色子。
通過這個模型,你就會發現,科學家在找到粒子的同時,還把四大作用中的三種作用統一了起來,不過引力一直都無法納入到這個體系當中。
也就是說,在粒子物理標準模型中,費米子和玻色子是德謨克利特所說的,無法切分的那種粒子。那他們是不是實心的呢?說實話,我們不知道,因為我們切不開它們。超弦理論認為他們還是可再分的,不過我們要知道的是超弦理論目前來說只是數學上推導,實際上還沒有任何驗證。所以,按照目前來看,可能是實心的應該就是這些個粒子,因為他們無法再切下去。
那他們有多致密么?其實我們還沒辦法知道。但我們知道中子星,也就是一些大質量的天體,自身的電子簡并力沒抗住引力,然后電子墜入到原子核中,
電子和質子發生反應變成中子,于是,整個天體就是一團中子的集合。
這種天體的密度相當驚人,一湯勺大概就有10億噸左右。這其實就是因為原子內部空間被擠壓的結果導致的。這種天體也就比一部分黑洞密度稍微小一點。(這里強調一下,我們不用密度來描述黑洞,而且根據計算,有些大黑洞的平均密度其實很小。)
所以,我來總結一下,要說最實心的應該是那些不可再切分的基本粒子,不過這是基于目前的理論而言的。而要在宇宙中找到相對實心的,可能是一部分黑洞和絕大部分中子星。