真实的原子模型
一提到原子,很多人想到的是类似于太阳系那样的原子模型,电子像是行星一样在外围,中心有个原子核,而且这个原子核还真的不小。
实际上,原子的真实面貌与大多数人想象中的是完全不一样的。
上世纪初,科学家卢瑟福就开始着手研究原子结构。他用α粒子轰击金箔,结果大多数的α粒子都穿过了金箔,有少数的α粒子发生了较大的偏折,极其小数的α粒子偏转角度超过了90度,有的甚至是直接180度角反弹回来。
那卢瑟福的实验能说明什么呢?
这个实验告诉我们,原子是很空旷的,并且并不存在一层外壳包裹着;除此之外,原子核远比我们想象中的要小得多。如果我们把原子看成像足球场那么大,那么原子核大概也就是一只蚂蚁那么大。那么问题就来了,原子明明是空空如也,为什么原子构成的万物都实实在在?
四大基本相互作用
要搞清楚这个问题,我们就得先来了解一下宇宙中的四大基本相互作用。上世纪,科学家发现,在宇宙存在着四种基本相互作用,分别是强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用。那它们有什么用呢?
我们所处的宇宙是一个物质主导的宇宙,构成物质的基本单位是基本粒子,比如:夸克、电子、中微子等等,这类粒子也被称为费米子。如果把一坨基本粒子放一起,它们是很难构成物质的。这就需要有“粘合剂”,而相互作用起到了粘合剂的作用。不同的相互作用的作用范围不同,强度也不同,起到了不同的“粘合剂”作用。
强相互作用和弱相互作用确保了原子核结构得以形成。电磁相互作用确保了原子结构得以形成;引力相互作用则是物质之间相互吸引的作用力。那么问题来了,四大基本作用是通过什么样的方式实现的呢?
科学家发现,它们依靠的是另外一种实实在在的物质,我们把它们叫做:场。最被人所熟悉的“场”应该就是电磁场了。电磁场可以传递电磁相互作用。
如果“场”是一种物质,那么场应该也有自身的“基本粒子”,我们把这种粒子叫做玻色子。电磁场对应的玻色子就是光子。也就是说,电磁力是依靠传递光子来实现相互作用的。同理,强相互作用是依靠胶子来传递作用的;弱相互作用是依靠W玻色子和Z玻色子来传递作用的。
以上我们说的这套理论被称为粒子物理标准模型,这个模型目前已经统一了电磁相互作用和弱相互作用,部分统一了强相互作用。在这个理论中,科学家还假设了“引力子”是传递引力相互作用的玻色子,只不过"引力子”的假设还存在很多问题。
多说一句,除了这些玻色子之外,还有一种玻色子是赋予粒子质量的,这个玻色子被叫做希格斯玻色子,也被称为上帝粒子。
原子间的相互作用
了解了这些,我们再来看开头的问题:原子明明是空空如也,为什么原子构成的万物都实实在在?
很明显,原子之间的相互作用必然是电磁相互作用,这是因为原子核外是存在着电子的。所以,本质上应该是原子里的电子和其他原子里的电子发生电磁相互作用。
当然,这么说其实并不严谨。这是因为我们还没有说清楚:电子到底是什么状态?
著名的量子力学奠基人海森堡曾经提出一个不确定性原理。这个不确定性原理告诉我们,电子的位置和动量信息是无法同侧测准的,如果你测准了位置信息,就测不准动量信息,测准了动量信息,就无法测准位置信息。那这个理论有什么用呢?
这个理论告诉我们电子在原子核的状态和宏观物体是不同的,它是呈现电子云的形式。具体来说就是,电子出现在原子核外的任意位置,我们只知道它出现在某个位置的概率,但我们无法同时知道它的位置和动量信息。你可以理解成电子无处不在,同时存在于任意位置。
也就是说,原子间的相互作用实际上是原子核外的电子云之间的电磁相互作用,同时它们要满足泡利不相容原理,说白了就是电子需要按着某种规则排排坐,状态不能重叠。这就使得原子即便是空空如也,也不会彼此穿过,原子才能构成物质。
原子99.999%的空间都是空的,为什么构成的东西实实在在?
了解了这些,我们再来看开头的问题:原子明明是空空如也,为什么原子构成的万物都实实在在?很明显,原子之间的相互作用必然是电磁相互作用,这是因为原子核外是存在着电子的。所以,本质上应该是原子里的电子和其他原子里的电子发生电磁相互作用。当然,这么说其实并不严谨。这是因为我们还没有说清楚:电...
原子明明是空空的,可为什么构成人体是实实在在的?有何科学解释?
原子层面的物质脱离了人体感觉极限,而且原子的“空”只是原子核、电子占原子的比例很小,但是原子核和电子之间的空间在人体内不能被压缩,所以人是“实实在在”的。目前最受认同的原子模型是概率波模型,也就是元素的电子围绕中央的原子核运动,但是运动的周期或者速率等却有所不同,而且因为运行速度非...
既然原子内部99.999%都是空的,为何没有物质能穿透?
因为组成物质的原子非常多,而且排列紧密,所以没有物质能穿透。
原子怎么会97%都是空的呢?
被原子核散射,因为同性电荷相互排斥。因为原子核只有千分之一微米,而原子间的距离是十分之一纳米,所以散射的概率非常低。所以原子看起来是空的。在α粒子的观察下,只有小于1%的核截面是空的。这就是99。9%空洞神话的由来。
宇宙中的原子总数是不变的吗?
我先给结论吧,现代物理界从来没有过“原子守恒定律”,原子总数当然不会永恒不变。同学们上过初中,接受过伟大的义务教育的话,都应该知道,原子本身仍旧有其内部结构,分为围绕外层的电子,以及具备原子99.999%质量的原子核;而原子核一般由质子和中子组成对不。从这里就可以明白原子的总量不会守恒了。 举个例子,卢瑟福...
在原子里面电子和原子核之间是绝对真空吗?为什么?
因而,在自然界中,不存在绝对的无,即所谓真空不空。鱼 的空间是水,鸟 的空间是空气,各种基本粒子的空间则是由不可再分的最小粒子——量子构成的量子空间。所谓物质,仅只是由高能量子组成的封闭体系。类似于我们前面列举的两个半球,原子是靠电子的高速运动所产生的屏蔽效应,借助于量子空间的压强...
纯度高达99.999%的铁,在潮湿空气中为什么不会生锈
铁会生锈是因为和水和氧气发生反应而被氧化生锈,我们平常见得铁一般都是生铁,就是里面有很多碳原子,而在潮湿的空气中,会构成原电池,加速电子的转移,是氧化还原反应加速发生,所以生锈的特别快。而纯度高达99.9999%的铁在潮湿的空气中,因为杂质少,原电池不能产生,所以反应不会加快,但是时间一长...
怎么看别人空间加密的?
6,等人家解密。。。问题二:怎样看别人qq加密相册 首先你要把所有的浏览器关掉 包括空间 然后重启打开一个浏览器 点工具-Internet选项-删除cookies... 以及所有脱机文件 再点设置- 查看文件 这时会出现一个名为 Temporary Internet Files的文件夹 里面是空的 并且一定要是 这时候我们再打开空间 找到...
地球周围的大气具有什么功劳?
高度在100千米左右以上的地球大气,成分有很大的变化,大体上是从下到上以1000千米、2400千米的高度为界,分别依次变成以氧为主、以氦为主、以氢为主的大气层,并且都是以原子微粒的状态出现,非常稀薄,稀薄到比地面上的人造真空还要“空”。因此,尽管这些高层大气所占领的空间范围很广,有些研究者认为,最远可以到达...
中子星密度高达每立方厘米1亿吨,是否意味着还存在未知的元素?
元素的基本粒子是原子,而原子实由一颗十分小但却占据原子质量99.999%以上的原子核和核外电子构成,原子核仍不是最基础的物质粒子形态,原子核是由中子、质子构成,而中子质子又是由夸克构成。核外电子和原子核之间有非常广阔的空间(相对于原子核与电子而言),地球上我们看得见摸得着的物质都是由原子...