原子内绝大部分空间都是空的？那么有绝对实心的物质吗？

Answer 1

在一百多年以前，英国科学家汤姆逊提出了原子模型。他根据物质的实体性出发，认为原子就好比是葡萄干面包。原子的质量充满着原子的体积，电子则是镶嵌在面包上的葡萄干。

新西兰科学家卢瑟福，为了证明其老师的上述假设，进行了一个实验，他用阿尔法粒子轰击金箔。其意外地发现，每发射二万个粒子，尽然只有一个粒子被反射回来。经过计算，原子的质量只集中在很小的区域。原子的半径为10-8厘米，而原子核的半径只有10-13厘米。至于电子和质子的半径就更小了，不足10-16厘米。

所以，如果我们把原子放大到地球的尺寸，那么原子核和电子与质子的体积分别为一间房子和一个乒乓球的大小。因此，就物质而言，原子竟然几乎是空的，该体积仅只是由电子的运动所形成的封闭体系。

于是，我们会产生疑问，究竟是什么东西将电子与质子束缚在一起的？而且，如果电子围绕着质子高速旋转，其离心力会非常大。难道电子不会因此而失去能量跌落到原子核内吗？由此可见，微观世界的原子与宏观世界的太阳系有着很大的区别。那么，导致两者的差异是什么呢？

根据现代科学的认识，不仅物质不实，即便是空间也并非空无一物。否则的话，我们很难理解类似万有引力和电力的超距作用，即远隔十万八千里的两个物质会相互影响。此外，所有的微观粒子都具有波动性和所有物质的运动都会受到光速的限制等，这些现象仅从物质本身是难以理解的。

为了避免连续的能量导致紫外灾变，普朗克在其新建的黑体辐射公式中添加了一个量纲为粒子角动量的物理常数h。由此，消除了辐射的无穷大，说明能量是不连续的，是由最小粒子构成的。该粒子具有不可再分的特性，因而被称为量子。

于是，有机的宇宙是由两大部分组成的。其中，离散的量子构成了物理背景，即形成了量子空间，属于能量的范畴；封闭的量子构成了物理对象，即形成了基本粒子，属于物质的范畴。因此，物质的行为是二维的，是物质与空间相互作用的共同结果。这就好比在海上游泳，我们游泳的轨迹受到了海浪的影响，具有波动性。

电子与质子之所以能够形成稳定的原子系统，是因为受到了两种形式的量子空间对称性破缺，即来自两种不同方式的空间量子不对称碰撞。其一是由于电子的半径远小于空间量子之间的距离，受到了该量子的不对称碰撞，具有波动性。由此，阻碍了电子与质子的无限接近。其二是电子与质子都具有自旋，会影响量子空间的分布。于是，当它们同轴旋转时，会引起空间量子的不对称碰撞，产生了电力，从而限制了电子与质子的相互远离。这就好比两艘同向行驶的轮船会受到海水的挤压，表现为相互的吸引。

因此，在原子的内部，虽然难寻物质的踪迹，但考虑到物理背景，其中并非空无一物，在原子的内部也同样充满着离散的量子。这就好比我们人体，其之所以没有被空气压瘪，是因为体内充满着气体，由此形成的压差是比较小的。

总之，空间不空和物质不实，是近代物理带给我们的重要认识。由此，使我们的世界观发生了改变，由机械的世界观转变为有机的量子宇宙观。于是，在原子的内部并非空无一物，只是作为封闭体系的电子和质子所占的空间极小。其中，充满着离散的量子。

只有量子具有不可再分的特性，因而其是我们宇宙中唯一的实体，可以被视为绝对实心的物体。因为，普朗克常数h大于零，其是量子的角动量。所以，量子是具有本征质量和半径的。

需要注意的是，量子实体的绝对性，只是相对于宇宙而言的，因而是相对的绝对。一旦超出了宇宙的范围，该绝对就不一定会存在了。所以，宇宙的本质是量子，其是一个由不可再分的最小粒子构成的封闭系统。

“原子内绝大部分空间都是空的？那么有绝对实心的物质吗？”，关于这个问题，我们可以一个个来回答。

原子内绝大部分空间都是空的？

其实科学最重要的一个特点，就是在搞任何研究之前，都要先把研究对象定义清楚。我们虽然不搞研究，但是在谈论科学问题时，其实也要把谈论的对象定义清楚。也就是，所谓的“空”，到底是什么?或者说，存不存在空？其实在量子世界里，“空”也很热闹，虽然才有那句名言： 真空不空 。

不过，相信对大多数人而言，“空”其实是指什么都看不到。那原子内部是这样的么？如果我们把时间静止，某一时刻电子静止了（虽然这是不可能事情，我们就假设可以。）我们这个时候再来看原子核和电子，就会发现一个问题，原子其实很大很大，原子核和电子很小很小。如果用比喻的话，应该是这样的，原子如果有足球场那么大，而原子核只有蚂蚁那么大，至于电子，那就更小了。通过这个比喻，我们也大概知道原子有多空了。

但是你想过它为啥不会塌么？原因其实就在于核外电子，它并不是轨道式地绕圈圈，而是呈现概率云式的，我们只知道下一刻它出现在某个位置的概率。

有绝对实心的物质吗？

那到底有没有绝对实心的东西，就要从古希腊的一位哲学家说起了，他就是德谟克利特，和亚里士多德差不多时期。

他就曾提出原子论，认为构成万物的是一种无限切分到无法再切分的原子。当然，他所说的原子和我们现在的原子并不是一种。之所以一样的名字，是后来的科学家盗用了人家的德谟克利特的发明。

但是德谟克利特也给我们指出了一条路，那就是存不存在可以一种没办法继续再发的粒子。整个20世纪的粒子物理学家和实验物理学家都在忙会这事，他们找到了100多种粒子。最后建立了一个粒子物理标准模型。

我们可以来简单讲一讲，就比如：质子还能再分么？实际上可以。质子是由三个夸克构成的。那电子可以再分么？实际上不可以。科学家找到了一对基本粒子，它们都不可再分，这当中就有电子，夸克，中微子，它们把这些粒子叫做 费米子 。

除了此之外，科学家还在到了粘合剂，就是把费米子们串联起来的粒子，这当中就有传递强相互作用的胶子，传递电磁相互作用的光子，传递弱相互作用的Z玻色子和W玻色子，还有赋予粒子能量的希格斯玻色子，这些起到粘合剂作用的粒子就叫做 玻色子 。

通过这个模型，你就会发现，科学家在找到粒子的同时，还把四大作用中的三种作用统一了起来，不过引力一直都无法纳入到这个体系当中。

也就是说，在粒子物理标准模型中，费米子和玻色子是德谟克利特所说的，无法切分的那种粒子。那他们是不是实心的呢？说实话，我们不知道，因为我们切不开它们。超弦理论认为他们还是可再分的，不过我们要知道的是超弦理论目前来说只是数学上推导，实际上还没有任何验证。所以，按照目前来看，可能是实心的应该就是这些个粒子，因为他们无法再切下去。

那他们有多致密么？其实我们还没办法知道。但我们知道中子星，也就是一些大质量的天体，自身的电子简并力没抗住引力，然后电子坠入到原子核中，

电子和质子发生反应变成中子，于是，整个天体就是一团中子的集合。

这种天体的密度相当惊人，一汤勺大概就有10亿吨左右。这其实就是因为原子内部空间被挤压的结果导致的。这种天体也就比一部分黑洞密度稍微小一点。（这里强调一下，我们不用密度来描述黑洞，而且根据计算，有些大黑洞的平均密度其实很小。）

所以，我来总结一下， 要说最实心的应该是那些不可再切分的基本粒子，不过这是基于目前的理论而言的。而要在宇宙中找到相对实心的，可能是一部分黑洞和绝大部分中子星。

没有。因为运动是物质的根本属性，离开了运动物质就不存在了，而运动需要空间。

色不异空，空不异色。

没有最小的实心物质，细分到最后，就是一点能量，空无所有。即佛教所说的分析空

人类对组成物质的更小结构的 探索 可以追溯到古希腊人德谟克利特的“原子论”，德谟克利特认为物质都是由不可分割的“原子”组成的，而原子本身则是毫无空隙的实心微粒。

然而在当时的技术条件下古希腊人根本没有能力证明原子的存在以及原子论的正确性。1803年英国科学家道尔顿也认为原子是不可再分的实心球体，并且它在化学反应中同样不可分割。由于对近代化学起到了引领作用，道尔顿因此被后人称为近代化学之父。

道尔顿之后的1897年，英国物理学家汤姆生在研究阴极射线时发现每个原子内部都有一个带正电的原子核和若干个电子，这一发现预示着道尔顿模型的破产，因为道尔顿模型里并没有电子的位置。

1904年汤姆生在发现电子的基础上结合以往的实心原子模型，提出了原子葡萄干蛋糕模型，认为电子是平均分配在原子核上的，就像葡萄干布满蛋糕一样，不过汤姆生也认为原子是不存在空隙的实心物质。

为了验证葡萄干蛋糕模型的正确性，汤姆生的学生卢瑟福在1909年进行了α粒子散射实验，用α射线去射击厚度仅几个原子的金箔，令人意外的是绝大部分α粒子都笔直穿过了金箔，少数被反弹的α粒子偏转角也比汤姆生葡萄干蛋糕模型中预测的偏转角要大的多，种种迹象都表面了汤姆生葡萄干蛋糕模型是错误的。

卢瑟福在1911年根据此前的实验结果提出了自己的原子行星模型，该模型认为原子内部绝大部分都是空的，且质量绝大部分都集中在中心微小的原子核中，电子则像地球绕太阳公转一样沿着固定的轨道绕原子核公转。

可以说卢瑟福的原子行星模型第一次确定了原子并非实心物质，是人类了解微观世界的一大进步，但可惜的是卢瑟福的行星模型也是错的，因为核外电子根本没有运行轨道。

1913年，卢瑟福的学生玻尔将量子力学引入了导师卢瑟福的原子行星模型之中，旨在解决为什么经典电磁理论下的行星模型中核外电子损失能量却不坍缩到原子核中的问题。

按照玻尔的观点，新的原子模型呈现能级结构，是由一个占据绝大部分质量的原子核以及会能级跃迁的电子组成的，这一模型完美的解决了氢原子和类氢原子的光谱问题，但该理论却无法应用在其他原子上，因为玻尔并没有将电子完全当成量子来考虑，因此他这个模型其实是一个经典物理和量子力学的混合模型。

1926年量子力学先驱薛定谔以德布罗伊关系式为基础从完全量子化的角度提出了薛定谔方程，进而产生了现带电子云模型，在该模型中核外电子并没有固定运行轨道而是以电子云形式存在的，并且按照不确定性原理我们永远无法获得电子的精确位置。

不论是卢瑟福行星模型还是后来的玻尔模型以及原子的电子云模型，它们都承认原子内部绝大部分都是空的，但原子核并不是真正完全实心的物质，因为它还能分成中子质子，而中子质子又能分成不同的夸克，但夸克星也是能在引力作用下变成黑洞的，所以目前为止我们并没有发现无法被压缩或分解的绝对实心物质。

感谢悟空小秘书的信任和邀请。认为原子内绝大部分空间是空的，源自对科学了解得一知半解，不够完整。且听老郭为您详细解释。

一、什么是空

我们人类的语言是从生活经验中慢慢得到的，每个词汇都有其传承而来的特定的含义，空间是一个很广泛，很相对的概念，使用语境不同，其含义不同。就拿汉语里面空这个字来说，空 kōng形声。字从穴从工，工亦声。“穴”指洞穴，古人栖身之处。“工”指“土木工程”。“

二、经典物理中的空间概念

在经典物理学中，所谓的空间就是物与物之间的位置差异的度量，而同一个物体位置变化则用时间去度量。所以我们在经典物理学中会选择参照物、建立参考系，然后在参照系中使用位置坐标和时间坐标，利用时空函数来描述物体的运动。这个函数是绝对的，只要我们的时钟足够准、我们测量空间的尺子精度足够高，我们就能确定任意时刻物体在空间中的位置。这就是绝对的时空观。

三、相对论的时空理解

物理学发展到20世纪，物理学的天空中飘来了两朵乌云，其中之一诞生了相对论。在相对论中绝对的时空观被打破了，时间和空间不再相互独立，它们的变化跟物体的运动速度产生了联系，都满足洛伦兹协变的关系。不管怎么说，这个时候的时空还是连续的，我们之前在直观意义下建立的空间概念变成了现实世界中具有某种数量关系的时空形式。

四、量子力学的时空理解

另一朵乌云诞生了量子力学，并且和相对论一起成为了现代物理学的两大根基。在量子力学中，空间跟我们经典的空间理解不同，它不再是连续的。我们无法用生活经验去想象一个不连续的空间是一种什么样的存在状态。

五、原子内绝大部分并不是空的

我们前面铺垫了那么多，其实就是想说明这个问题。首先，在微观尺度下的时空跟我们想象的不一样，我们不能用经验世界里的空间概念去思考微观尺度下的空间结构。其次，物质的状态也跟我们宏观表现得不同，微观粒子具有波粒二象性，它们即是粒子又是波。所以，在原子的内部电子的位置和动量是不能同时测量的，这就是量子力学的不确定原理。在原子内部，电子其实是按照不同的概率分同时分布在不同位置（空间）上的。我们不能说电子处于原子核外什么地方，只能说某个地方电子出现的概率要高或者是低。

六、有绝对实心的物质吗

人类对于物质的认识也是在不断变化的，原始人肯定会认为石头就是实心的，后来的金属器械，人造的实体本身，人类也会认为它们是实心的。如果按照这个标准，一直分割下去，不能再被分割的东西，我们就可以认为它是实心的。随着现代物理学的高能物理实验（粒子对撞机）的出现，科学家们一共发现了62种基本粒子，这些粒子在目前是无法被继续分割了，可以认为它们就是实心的。当然了，随着科学技术的进步，如果某一天，我们有能力把现在的某些基本粒子给切开也不是没可能，那时候就将重新刷新我们关于物质绝对实心这个概念。

总结

我们跟各位小伙伴从科学对时空的理解入手探讨到原子内电子的分布，希望能帮助您建立对于原子这样微小尺度下的空和实的理解，相信您看完之后已经明白了其实原子核外并不是空的了吧，并且对于绝对实心的物质也应该有了一个粗浅的了解。

这个问题问的好问的妙，也就是说世界上有没有最小的物质，是无法继续再分的？

有没有呢？

如果按照现在的科学理论来看，没有，物质无法无限可分，会存在一个基本的个体，基本的个体是最小的组成单元，它的无数种姿态构成了形形色色的物质。弦论中这样认为，一维的弦是最基本的组成单元，有人好奇，弦有多大？

听我慢慢细分道来：

原子的直径在10^-10m，也就是0.0000000001米，这样看起来是不是很小很小，别着急，在原子内部还有巨大的空间。

原子由原子核与核外的广阔空间构成，广阔的空间那里是弥漫的电子云，也许你认为原子核很大，其实不是这样，原子核的体积只占原子体积的千亿分之一，想不到吧，原子核原来这么小。

原子核已经这么小了，但却还有比它更小的，因为原子核又是由质子与中子构成，它们由强力捆绑在一起，形成了致密的原子核。在大型的加速器中，科学家已经可以将质子加速到接近光速，然后相撞，看看能不能碰撞出新的粒子，来检验已有的理论。

而质子与中子亦是由夸克构成，说到这里似乎夸克才是最小的基本单元了，没错，夸克就是人类科学理论已知的最小构成物质的基本单元。

那么弦论又是怎么一回事呢？一维的弦又有多小呢？

弦论认为物质的最小基本组成单元是一维的弦，它的尺度是普朗克尺度，也就是在物理学上有意义的最小尺度，这个尺度大约是1.6x10^-33厘米，这是物理学上有意义的最小的可测量的尺度，虽然现在还没有相应的 科技 实力能够测量它。

这个尺度大约是质子的10^22分之一，到底有多小，可能是我们现在无法体会的渺小。这种一维的弦不同的振动频率形成了不同属性的基本粒子，继而由不同的粒子构成了不同的物质，形成了这万紫千红的世界。

也许这绝对实心的物质就是一维的弦了。

我倾向于相信世界存在最小的基本单元，不存在无限可分，你们呢？

但是又有时候会突发奇想，是不是真的小没有最小，大没有最大呢，“其小无内，其大无外”？

原子内绝大部分空间都是空的？那么有绝对实心的物质吗？

人类一直到了原子时代早期都还认为原子是一个不可分割的实心小球，这就是著名的原子枣糕模型，但这一切在卢瑟福和他的学生用α粒子（氦4原子核）轰击仅有几个原子厚度的金箔时发现，绝大多数α粒子穿透金箔而去，只有极少的α粒子被弹开，这个出乎意料的结果不得不让卢瑟福陷入沉思，当然最终他认为原子并非像道尔顿所描述的实心小球，也不是汤姆逊的原子模型，而是卢瑟福的原子模型！

其实卢瑟福原子模型已经非常接近现代原子模型了，除了电子还有明确的轨道以外，其它都没有毛病，尽管我们认为原子内部空或者不空跟原子是轨道运行还是以电子云模式运行并没有差别，但事实上两者差异就大了去了！

现代原子模型中的核外电子是电子云概率形式存在的，当然电子的能级跃迁并不影响它的运行，只会影响它在那个区域出现的概率！但问题依然存在！

一、原子内部除了原子核以外真的是空的吗？

从宏观上来理解并没有毛病，但我们要理解一个信息，电子与电子之间存在同电荷相斥的特性，另外还有简并力的存在，使得原子内部看起来很空，但却一点都不空的原因！这从液体与固体很难被压缩这一点上可以得到最明显的证明，水的压缩率大约是每增加一个大气压水的密度将增加百万分之46，这是一个极小的数字，因此在绝大部分状态下我们将固体和液体的可压缩率是忽略不计的！

因为压缩首先就会触碰到外围电子之间的斥力，再往下就是泡利不相容原理下的电子简并力，所以尽管原子内部空空如何，但却充满各种普通力量难于抗拒的力！您认为原子内部还是空的吗？

二、有绝对实心的物质吗？

当然空的就是空，即使是简并力或者斥力支撑也没有用，因为总有一个状态，电子简并态产生支撑力无法对抗引力，跟强作用力不一样，引力可以无限叠加，因此在四种基本作用力中，唯有引力是一直不变而且可以无限累加，能将电子简并态压到极致的就是白矮星的标准，一般0.8个太阳质量以上即可！但此时电子与原子核之间还是存在相当的距离，但当质量超过钱德拉塞卡极限时电子简并态支撑再也无法抵挡引力的得尺进尺，此时电子将被压入原子核中和成中子，绝对实心的物质就此产生，假如您觉得夸克不是那么重要的话！从理论上来看，中子星的门槛就是原子核的密度，因为此时原子核与原子核之间已经无法区分，只有中和后的中子！

也许绝对实心的物质还真不好找，因为中子简并态和夸克支撑的中子依然可以被压塌，最终成为黑洞，但各位是否要认为黑洞是实心的吗？这可能已经超出了科学问题的范畴，也许得从哲学角度来考虑这个问题！

原子中，电子的个头并不算很大。如果把一个操场比作原子，那么电子只有足球那么大一点。所以说，即便有些原子内部有很多层电子，但其实整体来看，原子内部是空荡荡的，以至于像中微子这样微小的粒子可以毫无阻隔的轻松穿过。对于中微子来说，原子就像是一个透明的物体一样，而由原子组成的各种物体，对于中微子来说也是透明的。所以说，我们身体每时每刻都有成千上万亿个中微子穿过。

既然原子是组成物质的基本单位，那么微观来看，所有的物质都是“空心”的。而非实心的。当然了，再往下分还有夸克，夸克是组成物质的不可分割的组件。比如质子和中子，都是有夸克组成。夸克通过胶子，“粘合”在一起，形成了基本粒子。虽然由于夸克禁闭的存在，我们无法把夸克从基本粒子中分离出来，但从目前已有的痕迹来看，即便是质子和中子，也并非“实心的”。电子也是一种基本粒子，其是否由更小的粒子目前尚不确定。但电子也绝对不是完全“实心”的，是可压缩的。因为再多的电子，也总会被一个无限小体积的黑洞吞噬。从这点来看，世界的万事万物，都是“可压缩”的，都不是严格的“实心”物质。

其实，到了微观世界，再用宏观世界的概念并不合理。空心与实心，都是对于宏观物质来说的。微观世界的基本粒子，已经不在和宏观世界物质的运动完全一样的。比如说电子，即有粒子性也有波动性。光子更是具有大名鼎鼎的波粒二象性。在更为小的尺度下，超弦理论甚至认为物质只不过是一段段微小的能量弦振动而成。那么如此说来，这些能量弦本就没有体积的，只不过由于其被限定的一定的空间范围内，才表现出了体积。如果像黑洞这么巨大的引力，则完全可以把这些能量弦压缩为没有体积。

绝对实心的物质，中子星算不算？也许吧，我能想到的就只有它了。

如果把一个原子比如成地球，那么这个原子的原子核大概仅有足球场那般的大小。从这种比如上看来就知道原子到底能有多空旷了。

原子的空旷是没有办法的了，谁让电子的运动需要那么“庞大”的空间呢？

白矮星的密度很大，但它终归不是绝对实心的物质，因为它是小质量恒星死亡后因引力坍塌而致使电子活动空间被压缩至更小区域内的天体。由于质量不过大，所以电子活动的的力量，也就是简并压力可以抗菌引力持续的压缩，最终使引力压缩与电子的简并压力处在平衡的状态。

那么，如果死亡恒星的质量足够的大，也就是它有足够的力量来抵抗因引力压缩而逐渐增大的电子简并压力呢？那么答案肯定就是原子上的电子会被压缩进原子核内，然后中和原子核内的质子，最终成为中子，也就是所谓的中子星。

中子星可以说是一种完全有原子核组合而成的天体，它的存在没有了外层电子的缠绕，而没有了电子的缠绕，这也就没有了所谓的空间，于是，绝对实心的物质就出来了。

因此，绝对实心的物质就是中子星。