如果原子99.9...96%的体积都是空的,那可不可以将原子缩小呢?

胡超

岂止是可以,简直是太可以了,宇宙中无时无刻不在发生这样的事情。

我们知道,原子是由致密的原子核和其外围的电子组成的。1909年,著名物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔时,发现大部分粒子都能穿过金箔,只有少部分会被弹回。由于α粒子带正电,遇到带正电的原子核才会弹回,这说明原子核非常小,原子内部原来是空空如也的,电子在很远的轨道上围绕原子核运转,就像太阳和行星一样。当然这种原子的太阳系模型并不准确,不过原子内部空间极其空旷却得到了实验的完美验证。

原子核周围的电子形成电子云,根据泡利不相容原理,两个电子不能占据相同的量子态,这样会产生一种被称为电子简并压力的力量,阻止原子被进一步压缩。小于1.4倍太阳质量的非旋转恒星,在其生命演化的末期,由于内部核聚变停止,无法产生热量来对抗引力的坍缩,原子的电子云外壳会被压碎,电子成为原子核之间的自由电子气体,形成大小为太阳半径0.008到0.02倍的白矮星(地球的半径是太阳的0.009倍),密度惊人。

超过太阳质量1.4倍的恒星,在其生命演化末期,电子简并压力也不足以阻止重力的进一步坍缩,电子就会被压进原子核,和质子结合形成中子,恒星也会变成一颗中子星,半径只有数公里到20公里,密度则更是大得惊人。

演化末期坍缩核心质量超过太阳3.2倍的恒星,连中子之间的简并压力也不足以抵抗重力坍缩了,恒星就无可避免会坍缩成为一颗黑洞。

所以原子不但可以缩小,而且可以缩得很小很小,甚至一不小心就会缩没了(进入黑洞的奇点)。


徐德文

如果我们将原子变小的定义为原子塌缩,那么原子可以缩小。以下是具体原理:

先来了解一下原子的结构:原子由质子、电子和中子组成。其中,质子和中子集中在原子的中心区域,它们合起来叫作原子核。电子则以概率密度分布在原子核周围并绕核运动,被统称为电子云。质子带正电,电子带负电,中子不带电,正电荷和负电荷在总体上相等,所以原子不带电。

对于一个原子而言,质子和中子构成的原子核只占原子内部及其微小的体积。电子是以非常高的速度在做绕核运动。如果电子停止这种运动,就会以愈来愈快的速度,被原子核所吸引。直到打在原子核上。此时原子体积就会变得非常小(因为原来电子运动的范围非常大)。这种情况就是原子塌缩。

电子在原子核内并非绕着原子核做快速且规则的圆周活动,而是处于一些稳定的轨道上,在这些轨道上不会发生电磁波辐射,只有电子在这些稳固的轨道(也称为“能级”)之间跳动(也称为“跃迁”)时,才接收或者发出光子,光子的能量就是两个轨道的能级之差,因而光子的能量就是“量子化”的,这就是最早的波尔原子模型。

依据这个模型盘算的氢原子的光谱和试验观测到的十分一致。

以恒星的角度就理论而言,恒星的能量消耗到一定程度,它的物质会收缩挤压在一起。在这个过程中,其中原子因为释放了能量,所以电子的能级降至最低,近乎靠在原子核上。所有恒星内部物质的原子结构会遭到破坏。这样一来,原子核和电子之间不再有广阔的空间,原子核像在电子云的海洋里一样,这种状态可以近似地认为是原子缩小了。


镁客网


可是可以的,但原子缩小的条件要求很极端。

要有极端巨大的压力就可以把原子的电子压入原子核,使物质变成中子简并态,就是原子的电子压入了原子核,与质子合并正负抵消,只剩下中子。宇宙中的中子星就是这样一种状态。

中子星是比大阳质量大8倍的恒星死亡时,大爆炸后坍缩形成。在地球上人工是否能制造出这种物质,时空通讯没看到这方面的报道,有人猜测,在具有超高压力的大型加速器里,可能可以做出只能存在极为短暂的原子级中子态物质。




宇宙中比中子星更厉害的是黑洞。

这种天体就不是把原子压碎那么简单了,而是压碎一切,里面的东西再也不能称之为物质,谁也不知道那里面是些什么状态,就象宇宙大爆炸一样,一个无限小的奇点包含着整个宇宙。


有些科学家预测,在这个宇宙还存在介于黑洞与中子星之间的夸克星。

就是把中子质子等基本粒子也压碎了,只由夸克组成,成为为比中子星更为极端的星球。但迄今为止,还没有发现这样的星球。

如果把地球所有原子压碎,使其变成中子态物质,我们直径为12756公里的地球就会变成一只有22米的球。

一个直径20公里的中子星质量,就相当直径139.2万公里的太阳质量。中子星上面的物质密度1个小拇指头那么大就有10-20亿吨重,逃逸速度可以达到一半光速,就是每秒150000公里的速度才能逃离中子星的引力。



这就是原子压缩的后果,可怕的后果。


时空通讯

答案是可以,实际上把原子缩小的历程就是恒星演化的历史,按着缩小程度的不同对应着不同质量恒星的演化。


按照标准模型,原子确实是空的,原子核只占很少的一点地方,大概是原子体积的两千亿分之一,这已被卢瑟福α粒子轰击金箔试验所证实。质子和中子在克服库仑斥力的强大核力作用下紧紧抱在一起。原子核密度很高,每立方米有10的14次方吨,质量占原子的99.96%,根据玻尔原子模型,核外电子排布在原子核周围广大空间的特定轨道,电子处在一系列分立的稳态上,即轨道量子化,尽管质子和电子之间有正负电荷的库仑力,但根本不足以抵抗泡利不相容原理产生的斥力(电子简并压),电子不会落到原子核上,但是随着天体物理学的发展和天文观测水平的提高,人们发现了大量的白矮星(就是人们常说的钻石星)。

白矮星的钻石核心

它们密度很大,每立方米有10的7次方吨,远远大于普通物质的密度(每立方米22.57吨以下),这说明原子已被大大的压缩了,但还没有达到每立方米10的14次方吨的原子核密度,这说明原子中的电子已脱离轨道成为自由电子,这种自由电子气体将尽可能地占据原子核之间的空隙,从而使单位空间包含约物质大大增多,密度大大提高了,相当于压缩了原子。形象点说,这时的原子核是“沉浸在”电子之中,但电子还并没有进入原子核。


1928年印度裔美籍科学家钱德拉塞卡计算出白矮星的上限为1.44个太阳质量,超出这个上限,恒星自身的引力将大于电子简并压(此时恒星热核反应的燃料耗尽)而把电子压进原子核中的质子,使质子变成中子,压缩掉原子的剩余空间,整个恒星变成完全有中子紧密组成的中子星,密度大得惊人,达到每立方米为10的14次方吨到15次方吨,此密度也就是原子核的密度。

地球如果被压缩成中子星,直径会变为22米。至此原子意义上已经不存在了。原子的空间被全部压缩掉。恒星收缩为中子星后会因为角动量守恒导致自身高速旋转并发出脉冲信号,因此中子星又叫脉冲星,由于它具有稳定的频率和亮度,科学家常常用它来导航和测距,中子星成为宇宙间的“灯塔”。



当然中子还可以压缩,因为中子还不是基本粒子,1936年原子弹之父美国物理学家奥本海默发现中子星的上限为3.2个太阳质量,超出这个上限,恒星的引力大于中子简并压而继续收缩,最终有两种归宿,一种是经过无限坍缩形成我们熟悉的黑洞,变成一个密度无限大、时空曲率无限高即体积无限小的“奇点”,至此原子被真正缩小没了;


另一种归宿是形成介于中子星和黑洞之间的所谓“夸克星”,这是近年来人们提出的理论上的星体。

至此,我的回答完毕,欢迎评论。


物原爱牛毛1

答:当然是可以的,甚至在“原子核”中都是非常空旷的,一样可以被压缩,但需要非常高的压力才行。


对于一个原子,原子核直径只有整个原子直径的百万分之一,电子和原子核之间是空的。



原子核带正电荷,电子带负电,量子力学使得两者不能彼此接近,电子的排列规律,遵循着量子力学中的泡利不相容原理。


那么我们有办法,压缩电子和原子核之间的间隙吗?

答案是肯定的!

目前唯一的方式就是通过引力,引力是四种相互作用中最弱的,但是引力有个特点,就是不限距离和质量,只要有足够的质量,就能产生足够强的力。




当一颗超过8倍太阳质量的恒星,在末期的时候,因为核聚变减弱,使得核聚变产生的力量无法抵抗引力的力量,于是发生超新星爆炸。


这时候,恒星内核的原子将被瞬间压碎,电子坠入原子核与质子中和,变为中子;被压碎的原子只剩下原子核,而且是只有中子的原子核。


这些被挤到一起的中子,组成了中子星,这时候泡利不相容原理阻止了中子继续塌缩,中子简并压力对抗着强大的引力。



如果恒星质量更大,那么在超新星爆炸时,中子简并压力也将无法抗衡引力,原子被压碎后,中子也将继续被压碎,形成夸克星。



当然,如果引力继续再大,那么夸克也将被压碎,形成可怕的黑洞。



艾伯史密斯

物质由什么组成?可以说基本元素,比如分子、原子;我们知道原子核和电子构成了原子,原子核又分成质子和中子;这类粒子还能在细分吗?现在研究又发现了更小的粒子,诸如光子、夸克,它们还能再细分吗?现代量子力学又提出波粒二象性,也就是它们不单单是粒子的存在,还有某种范围的波动。当再深入探索的时候,你会发现:即便无限微小的粒子,也都是由振动构建。特定的振动频率决定着事物形式(形势)的特定呈现,然而振动不是恒定的,由这基本单元构建的一切事物和现象皆如海中泡沫,不断生起不断幻灭。

物质的本质是能量,能量的本质是振动,振动由于不同的振动态或者频率,便生成了宇宙间所有可见、不可见的无限事物和生命。宇宙万物生灵皆有振动所构建,每一件事物都有各自特定的振动态(亦即所称的能量场域。即使极其细微的粒子,诸如光子、夸克也具有某种波动形式),而振动频率的相互转换,决定着事物形势(形式)的转变,这便解释了世间一切事物皆有无常性。能量,从某种角度上概括起来分两块:动能和势能。动能,即事物的应用,显现或开发的能量;势能,事物潜藏的能量,潜能无穷尽。动能和势能,揭示了事物的阴阳二属性,但其本质无差别,是一体两面,如同大洋中漂浮的冰山,显露的水面一角和潜藏于水面那巨大的,才是完整一体。然而,我们所见的物理宇宙,宇宙中可理解以及尚未理解的一切,终究也只是幻象一场,只不过是从“空性”之内、“无极”之中衍生出来的变貌,是“一”所生的二、三以至万物。万物生灵同根同源,一体相生,皆源自同一个“智能无限”。所以,引用一句古老的哲学:“只有一个生命,但透过众形式予以呈现;只有一个我,但透过众我予以呈现;只有一个爱,但透过众爱予以呈现。生命就是我,生命就是爱,所以,生命、我、爱是合一的。”


梓竹

常态条件下原子当然不可以压缩!有诸多物理规则导致原子无法缩小。

但在极高压力下,很多低压下适用的物理规则被破坏,原子也可以被压缩,电子被压入原子核与质子合并,最终导致不管你是什么原子,全部变成纯中子,这也是中子星的来历,这也可以看成所有的物理规则都有特定的前提条件,这世上没有无前提条件的真理

以下叙述为低压条件下适用。

1、有种说法,说世间万物其实都是空荡荡的虚空,物质之间也从未真正意义上的接触,这其实就是指原子核和电子占用的空间微乎其微,绝大部分都是虚空,就像题目说的一样。如果原子有一个足球场大小,那么原子核只有乒乓球大小,余下的就是电子所占用的轨道空间。

2、那么原子能否缩小呢,答案是否定的,因为在原子领域起支配作用的是量子规律,根本就不是我们惯常所认识的宏观世界规律,它有如下特点。

A. 原子核的组成为质子和中子,带正电,核外的电子带负电,但有趣的是原子核内的电子却可以克服正负电磁力吸引力,保持稳定的轨道,这就是量子力学最显著的一个特征。

B.而且电子的轨道还分多层,不同能量的电子占住不同层的轨道,每层只能容纳不同量子态的电子,而不容许同样电子态的电子进入同一轨道,这就是有名的泡利不相容原理,它的实质就是电子运动其实是一种波,不同条件下电子的波函数是不一样的,而相同的波函数不能占据同一个轨道位置,否则就冲突了。

C.正是这个原理导致原子不可能塌陷,体积也没法缩小,就是因为电子的轨道说和泡利不相容原理,如果要强行压缩原子体积也是可以,当引力大到一定极限,同一个轨道可以挤进去多个同态电子,这时就叫电子的“简并压”,超过这个压力原子即可缩小。

但是正如上面所述,如果外部压力极高,比如大到数百万个大气压以上时,电子轨道可以彻底破坏,电子被压入原子核,与质子中和变成中子,这样原子就变成纯粹由中子构成的物质,由于没有电磁斥力,中子与中子紧密的挨在一起,密度极其之高,这就是有名的中子星,离黑洞只有一步之遥了。


楚楚夫

科学家认为原子可以压缩,有实物依据吗?元素周期表上的原子哪个让科学家随意压缩了?有的科学家认为黄金等重元素是中子星爆炸形成的,那黄金来到地球了,中子星碎片有人见过吗?


这上照片是疑似中子星的陨铁,这宇宙中的物质只有它最接近科学家的描述。“悬空、流动蒸发、塌缩”


成形。流动蒸发其实是个爆炸的过程。


这是疑似中子星陨铁


的金相放大1000倍照片,较粗黑线是本人头发,以作比较。金相呈“立体、交叉、严密、爆炸放射线纹”。金属放射线是爆炸产生的。科学家可以在实验室将原子分割,质子夸克还可以无限细分,只要你有“手术刀”。但一但放归宇宙,所有元素原子回归原态,不然宇宙不乱套了吗?一立方厘米重达万吨亿吨的物质不会存在。黑洞也不是科学家推测的那样。黑洞只是一个恒星能量变物质的过程和现场,永远制造不出“奇点”“中子星”类奇怪东西。


大连富丽庭陨工周

首先纠正一个概念,我们所感受到的体积其实是力场,我们穿不了墙是因为墙对人的电磁斥力作用,并不是有什么实在的东西填满了墙。而电子,质子这些基本粒子的所谓体积来自于不确定性原理,越小的体积会导致能量增大,而这也是所谓电子简并压力,中子简并压力的来源。不确实性原理其实是阻止物质不能被压缩到奇点的本质原因,因为体积无穷小意味着能量无穷大。另外在弦理论里,电子夸克这些基本粒子其实都是弦的振动,弦本身是空间的卷曲,所以在微观里其实也没有什么实在的体积,都是能量的表现形式罢了。我觉得借用中国的阴阳观念来理解这个比较方便,所谓阳是指能量的扩散态,表现为扩散的空间,阴指能量坍缩态,空间坍缩成弦,振动形成基本粒子,构成物质。所谓的力是指阴阳相互作用,例如引力是因为阴性的物质有质量,造成阳性空间的扭曲,产生了引力。阴阳平衡就是说能量不能都扩散成空间,这样就空空无物了,也不能都坍缩成物质,这样会变成黑洞,回到宇宙奇点。宇宙会坍缩或膨胀其实就是能量这两种阴阳属性的作用,从这点看古人画的太极图确实反映了宇宙的根本运行规律。


蕊珠红玉

可以,原子可以被缩小。或者更准确地说,原子可以被压缩。中子星上的原子就在被不断压缩。

原子由质子、电子和中子组成。质子带正电,电子带负电,中子不带电。质子和中子集中在原子的中心区域,组成原子核。电子则以概率密度分布在原子核周围并绕核运动,被统称为电子云。

原子核中的中子相对稳定,但游离在原子核之外的自由中子则会经过β衰变变成一个质子和一个电子。所以,一个中子可以由一个电子、一个质子和一个电子中微子组成。电子简并压力可防止正常物质完全由中子组成,正如泡利不相容原理所表明的那样,电子可以存在于电子云中,但电子却不会占据同一个位置,或者更准确地说法应该是,电子不会处在相同的量子状态。这意味着,当电子的概率密度减小时,即压缩原子时,电子的简并压力会增大,从而阻止物质压缩。

就像这样,中子星将所有的原子紧紧地挤压在一起,每个原子没有任何多余的空间,所以整颗中子星就像一个巨大的中子,这也是中子星这个名字的由来。也正因为中子星在有限的空间里包裹进了尽可能多的物质,所以每颗中子星的质量都很大。但由于电子简并压力的存在,中子星不会发生进一步的坍缩。但是,如果中子星的质量不断增加,超过了奥本海默-沃尔科夫极限,那中子星就会最终坍缩成一个黑洞。


分享到:


相關文章: