原子內部99%都是虛無空間,爲何物體看起來是實體的?
宇宙萬物都是由原子組成的,在相當長的一段時間裡,人們一直認爲原子是不可再分的,是組成物體的最小結構單元。但是現代物理學告訴我們,原子也有自己的結構,是由原子核和電子構成的。
令人驚奇的是,原子內部竟有高達99%的虛無空間。如果原子有體育場那麼大,那麼原子核只相當於一顆綠豆,而電子更小了,比灰塵還要小。而原子核和電子之外的空間都是虛無。那麼問題來了:既然原子內大部分空間都是虛無空間,爲什麼物體看上去卻是堅實的呢?
剛纔講了,原子由原子核與繞行其周圍的電子組成。原子核佔據了原子的絕大部分質量,而電子則以驚人的速度在其周圍運動。然而,在這極速穿梭的背後,卻隱藏着一片廣袤無垠的空間。這片空間並非空無一物,而是充滿了四種基本力量:引力、電磁力、強相互作用力和弱相互作用力。
儘管原子內部的空間無比遼闊,但正是這些在其中游蕩的電子決定了物體的性質。電子帶負電,而原子核帶正電,二者之間的電磁力使得電子緊緊依附在原子核附近。這種強大的吸引力使原子緊密結合在一起,形成了我們熟悉的固體、液體或氣體形態。
然而,單單憑藉電磁力還不足以解釋物體的實體感。在此基礎上,科學家們引入了希格斯場這一概念。希格斯場所產生的希格斯粒子,賦予其他粒子以質量。正是因爲有了希格斯場的作用,電子才擁有了質量,得以維持穩定的軌道運行,並與其他原子形成穩固的化學鍵合。於是乎,無數個原子緊密排列,層層堆疊,最終構成了看似堅固實則虛空的物體。
說到這裡,你或許會驚訝地發現,所謂的實體不過是一個相對的概念。從微觀角度來看,原子內的空間遠大於其所含物質的部分,而原子間的距離也遠遠超過了它們本身大小的總和。換言之,我們觸碰一件物體時,實際上感受到的並非實實在在的“質”,而是那些飄忽不定的電子以及它們之間複雜的力的作用。
當我們走在沙灘上,腳下傳來的沙粒摩擦感,實際上是電子與電子之間的電磁力在作祟;當我們捧起一杯水,掌心所承受的壓力,則來源於水分子中原子間的力量抗衡。一切感知,皆源於原子這個微觀世界的奇妙創造。
可以看出,雖然原子內部99%都是虛無空間,但我們不能簡單地將物體視爲空中樓閣。事實上,在這片廣袤無垠的虛空中,電子沿着預定軌跡飛馳,原子核居中調度,各種力交織成一張恢宏壯觀的交響樂章。
從量子力學的角度來講,電子可以說是無處不在,是以“電子雲”的形式存在,電子雲和原子內部各種相互作用力,讓看似虛無的原子頓時變成實體的感覺。
完。