如果原子99.9...96%的體積都是空的,那可不可以將原子縮小呢?

胡超


如果原子99.9...96%的體積都是空的,那可不可以將原子縮小呢?

從理論上來看是完全沒有問題的,而且要求也不高,我們賴以生存的太陽的未來就將成為這樣的物質......!!

這是原子核內部的電子運動示意圖,在巨大的壓力下,這些電子是可以非常靠近原子核但仍然和其有一定的距離,與周圍其他原子核相距很近組成電子簡併態物質,根據泡利不相容原理,這些粒子並無法佔據同一量子態,因此會形成相互之間的斥力,這也是阻止白矮星的簡併態物質進一步坍縮的重要依據!

白矮星的上線錢德拉塞卡極限,即太陽質量的1.44倍太陽質量,如果超過這個極限,那麼簡併力再也無法因引力坍縮能對抗,將會無可避免走向中子簡併態,此時電子已經進入了原子核的內部,與質子一起融合形成了中子,在中子星內部,這些遊離的自由中子構成了中子簡併態物質!

但中子簡併態並非物質的終極狀態,只要天體坍縮時候內核質量超過奧本海默極限,即太陽質量的3.2倍以上時,這個中子簡併力再也無法對抗引力坍縮能,進一步向無限的零維坍縮.....最終其巨大的質量將坍縮成一個只有質量卻無尺寸的“奇點”,此奇點非宇宙暴漲的奇點哦!一個由恆星坍縮而成的原生黑洞一般是太陽的3.8倍左右!

我們人類在地球上能製造出密度物質的極限是簡併態物質的金屬氫,但卻是一個無法複製的實驗,當然我們願意相信美國人真的造出了金屬氫,下次讓他們再造出來看看哈......!!

其實我們要說的是,金屬氫在木星和土星的內核多的是,也許超過數個地球的質量,但我們卻拿不到,即使它是一種有著難以言表優秀性能的物質.....!!


星辰大海路上的種花家


豈止是可以,簡直是太可以了,宇宙中無時無刻不在發生這樣的事情。

我們知道,原子是由緻密的原子核和其外圍的電子組成的。1909年,著名物理學家盧瑟福用α粒子轟擊金箔時,發現大部分粒子都能穿過金箔,只有少部分會被彈回。由於α粒子帶正電,遇到帶正電的原子核才會彈回,這說明

原子核非常小,原子內部原來是空空如也的,電子在很遠的軌道上圍繞原子核運轉,就像太陽和行星一樣。當然這種原子的太陽系模型並不準確,不過原子內部空間極其空曠卻得到了實驗的完美驗證。

原子核周圍的電子形成電子雲,根據泡利不相容原理,兩個電子不能佔據相同的量子態,這樣會產生一種被稱為電子簡併壓力的力量,阻止原子被進一步壓縮。小於1.4倍太陽質量的非旋轉恆星,在其生命演化的末期,由於內部核聚變停止,無法產生熱量來對抗引力的坍縮,原子的電子雲外殼會被壓碎,電子成為原子核之間的自由電子氣體,形成大小為太陽半徑0.008到0.02倍的白矮星(地球的半徑是太陽的0.009倍),密度驚人。

超過太陽質量1.4倍的恆星,在其生命演化末期,電子簡併壓力也不足以阻止重力的進一步坍縮,電子就會被壓進原子核,和質子結合形成中子,恆星也會變成一顆中子星,半徑只有數公里到20公里,密度則更是大得驚人。

演化末期坍縮核心質量超過太陽3.2倍的恆星,連中子之間的簡併壓力也不足以抵抗重力坍縮了,恆星就無可避免會坍縮成為一顆黑洞。

所以原子不但可以縮小,而且可以縮得很小很小,甚至一不小心就會縮沒了(進入黑洞的奇點)。


徐德文O戴維科學


原則上是可以的,比如在「中子星」中,電子就由於巨大的引力,被併入了質子中,從而變成了中子。

縮小原子最大的障礙就是「簡併壓」。根據泡利不相容原理,費米子在距離極近的時候,會使得量子態不可區分,從而產生簡併壓。

這個壓力非常非常大,以至於人類的技術幾乎無法克服簡併壓。

而中子星由於其強大的引力,卻可以克服簡併壓,讓電子合質子合併,產生中子。而中子其實也是費米子,所以在一起的時候也會產生非常強的簡併壓。這些都需要強大的引力來實現。

當然,上面的描述是建立在「定義原子的大小=大部分電子雲的範圍」這個基礎之上的。基本粒子目前來看是沒有體積的,所以沒有辦法用體積來定義原子的大小。

前面用的「距離」其實也不是很嚴謹,嚴格的量子力學描述,需要計算兩個費米子的波函數重疊情況,不過這些東西背後都有嚴格的數學,所以也都有嚴格、清晰的定義。


章彥博


這個問題應該這樣講,原子的體積從來都不是確定的,不同的環境中,它的體積實際上會變化很大,但看了一些朋友的答案,大都把原子的體積設定為固定的了,而對它的縮小則是從白矮星,中子星方面去講怎樣縮小,其實縮小原子沒那麼費勁,我們平時就經常做這樣的事情。

雖然原子的體積從來都不是固定的,但是我們還是大概說一下原子體積的情況吧!我們都知道,原子是由電子、質子和中子構成的,質子和中子構成了原子核,電子則在外面圍繞原子核運行,它的運行速度非常快,不過現在科學家們不再關注電子的速度,而是多以電子雲的概念來理解原子,為了便於理解,我們還是先打一個比方吧,就是在實驗室環境觀測下,假如一顆氫原子的原子核(一個質子)是一個直徑一米的球體,那麼圍繞它運行的電子,還不如個乒乓球大,距離卻遠在30公里之外,運行的速度快到看上去滿天都是它,然而在這個直徑60公里的大球中,可觀測到的物質只有一個質子和一個電子,總體積還不到1立方米。



我們以氫原子為例,氫原子是宇宙中數量最豐富的原子,它們不單存在於恆星中,也大量存在於宇宙空間中,而在星際空間中飄蕩的單個氫原子,它的體積很可能比上述的舉例還要大,但是把它放到不同的環境中,它的體積將會發生不同的變化,比如我們將氫氣擠壓到氫氣球裡面,或者也可以用給自行車打氣打比方,當我們將打氣筒中的空氣向下壓縮的時候,原子間的距離就會被壓縮,相應的原子的電子與原子核的距離也會被壓縮一些,只是幅度比較小罷了,但是肯定會有一些變化的。



我們平時也會看到很多物理和化學現象,比如加熱或者冷凍,或者某些元素的化合現象,他們都是在原子層面的狀況改變,也會在一定程度上改變原子的體積。

我們再說氫原子,它的體積的不同在木星上體現的比較明顯,木星有著豐富的氫元素,它的大氣層中也有大量的氫元素,隨著木星大氣層從表層到底層的深入,其中氫原子的體積就在不斷的縮小中,木星大氣層的底部有液態氫的海洋,這裡的氫原子的體積就會比木星大氣層中氫原子的體積小很多,而液態氫的海洋下面是金屬氫,原子體積相對液態氫又會小一點。



下面我們這到太陽的內部去看一看,在這裡,體積更小的氫原子會由於高溫高壓的作用被合成為氦原子,當太陽演化的老年的時候,氫元素被消耗殆盡,碳和氧元素唱主角,由於壓力不足以繼續進行核聚變,太陽將成為一顆白矮星,其自身巨大的引力將促使電子在原子核之間流動,原子的體積就非常非常小了。


但更牛叉的是中子星,當原始質量在太陽的8到30倍之間的大質量恆星發生超新星爆發的時候,巨大的壓力會將電子直接壓到原子核的質子裡面,形成一顆中子,那麼如果這時候我們再以前面的比方來形容原子的體積,實際上它已經從我們所說的常態下的直徑60公里大小變成了直徑1米大小,變化不可謂不大吧。

不過最厲害的還是黑洞了,他可以將這個直徑1米大小的球體繼續壓碎,具體能壓到有多小?還沒有人知道。



科普大世界


理論上是可以的。原子的尺寸,本來就不是非常固定的,存在一個概率的問題。原子的核心是中子,質子,在周圍,瀰漫著電子雲。電子的分佈是按照概率的。在原子的內部,那些巨大的空間裡面,都是些什麼呢?確切的說,裡面還是充滿了電子。這就要求我們擺脫那種舊有的思維模式。過去,我們學習盧瑟福的舊原子模型,以為原子就是一個小太陽系,中間是核心,周武是電子在以光速環繞運行。這種原子模式實際上已經摒棄了。現在的原子模型,是告訴你,電子是以概率分佈在原子核周圍。所以,原子的尺寸也不是非常確定的。

從宏觀來觀測,在現實世界裡面,原子的體積實際上也是在變化的。比如,在木星這顆氣態行星上,充滿了氫氣,而在木星的表面,氫原子的體積就是比較大的。而隨著越來越往木星內部深入,氫原子的體積就會被壓縮,越來越小。這是原子體積發生變化的一個宏觀的例子。


懷疑探索者


原子是由原子核和電子組成,原子的幾乎全部質量集中在原子核上。按照盧瑟福的原子模型,電子在原子核外圍著原子核轉動。

原子沒有“外殼”,在經典的原子模型以及玻爾的舊量子論中,電子的軌道半徑決定了原子的半徑。

以玻爾的氫原子模型為例,基態時氫原子的半徑最小,約為0.53乘以十的負10次方米。當氫原子中的電子從n=1的狀態躍遷到n=2的狀態後,半徑變為基態的4倍;躍遷到n=3的狀態後,半徑變為基態的9倍。射電望遠鏡還能夠觀察到氫原子的n為100以上的能級向附近低能級躍遷時釋放的電磁波,能級n=100的氫原子,其半徑是基態時的10000倍,達到了微米的數量級。

玻爾的模型只能描繪最簡單的氫原子光譜,連氫原子光譜的精細結構都解釋不了。到了量子力學中,電子已經沒有了軌道的概念,可以認為電子分佈在原子內部的整個空間中。電子在不同位置出現的概率是不一樣的,按照概率的大小可以繪出電子雲,電子雲密的地方表示電子出現的概率大,電子雲疏的地方表示電子出現的概率小。

跳出能級的概念去縮小原子也是可以的,宇宙中就有很多這樣的星球。一個典型的例子就是中子星,質量大一些的恆星晚年會在萬有引力的作用下塌縮成一個半徑比較小的中子星。強大的引力將電子壓到原子核內,使電子和質子結合成中子,這樣的星球就是中子星。中子星的密度很大,米粒大小的中子星物質質量就可能高達數萬噸甚至更高。


刁博



可是可以的,但原子縮小的條件要求很極端。

要有極端巨大的壓力就可以把原子的電子壓入原子核,使物質變成中子簡併態,就是原子的電子壓入了原子核,與質子合併正負抵消,只剩下中子。宇宙中的中子星就是這樣一種狀態。

中子星是比大陽質量大8倍的恆星死亡時,大爆炸後坍縮形成。在地球上人工是否能製造出這種物質,時空通訊沒看到這方面的報道,有人猜測,在具有超高壓力的大型加速器裡,可能可以做出只能存在極為短暫的原子級中子態物質。


宇宙中比中子星更厲害的是黑洞。

這種天體就不是把原子壓碎那麼簡單了,而是壓碎一切,裡面的東西再也不能稱之為物質,誰也不知道那裡面是些什麼狀態,就象宇宙大爆炸一樣,一個無限小的奇點包含著整個宇宙。

有些科學家預測,在這個宇宙還存在介於黑洞與中子星之間的夸克星。

就是把中子質子等基本粒子也壓碎了,只由夸克組成,成為為比中子星更為極端的星球。但迄今為止,還沒有發現這樣的星球。


如果把地球所有原子壓碎,使其變成中子態物質,我們直徑為12756公里的地球就會變成一隻有22米的球。

一個直徑20公里的中子星質量,就相當直徑139.2萬公里的太陽質量。中子星上面的物質密度1個小拇指頭那麼大就有10-20億噸重,逃逸速度可以達到一半光速,就是每秒150000公里的速度才能逃離中子星的引力。


這就是原子壓縮的後果,可怕的後果。


時空通訊


如果我們將原子變小的定義為原子塌縮,那麼原子可以縮小。以下是具體原理:

先來了解一下原子的結構:原子由質子、電子和中子組成。其中,質子和中子集中在原子的中心區域,它們合起來叫作原子核。電子則以概率密度分佈在原子核周圍並繞核運動,被統稱為電子雲。質子帶正電,電子帶負電,中子不帶電,正電荷和負電荷在總體上相等,所以原子不帶電。

對於一個原子而言,質子和中子構成的原子核只佔原子內部及其微小的體積。電子是以非常高的速度在做繞核運動。如果電子停止這種運動,就會以愈來愈快的速度,被原子核所吸引。直到打在原子核上。此時原子體積就會變得非常小(因為原來電子運動的範圍非常大)。這種情況就是原子塌縮。

電子在原子核內並非繞著原子核做快速且規則的圓周活動,而是處於一些穩定的軌道上,在這些軌道上不會發生電磁波輻射,只有電子在這些穩固的軌道(也稱為“能級”)之間跳動(也稱為“躍遷”)時,才接收或者發出光子,光子的能量就是兩個軌道的能級之差,因而光子的能量就是“量子化”的,這就是最早的波爾原子模型。

依據這個模型盤算的氫原子的光譜和試驗觀測到的十分一致。

以恆星的角度就理論而言,恆星的能量消耗到一定程度,它的物質會收縮擠壓在一起。在這個過程中,其中原子因為釋放了能量,所以電子的能級降至最低,近乎靠在原子核上。所有恆星內部物質的原子結構會遭到破壞。這樣一來,原子核和電子之間不再有廣闊的空間,原子核像在電子雲的海洋裡一樣,這種狀態可以近似地認為是原子縮小了。


鎂客網


答:當然是可以的,甚至在“原子核”中都是非常空曠的,一樣可以被壓縮,但需要非常高的壓力才行。


對於一個原子,原子核直徑只有整個原子直徑的百萬分之一,電子和原子核之間是空的。



原子核帶正電荷,電子帶負電,量子力學使得兩者不能彼此接近,電子的排列規律,遵循著量子力學中的泡利不相容原理。


那麼我們有辦法,壓縮電子和原子核之間的間隙嗎?

答案是肯定的!

目前唯一的方式就是通過引力,引力是四種相互作用中最弱的,但是引力有個特點,就是不限距離和質量,只要有足夠的質量,就能產生足夠強的力。




當一顆超過8倍太陽質量的恆星,在末期的時候,因為核聚變減弱,使得核聚變產生的力量無法抵抗引力的力量,於是發生超新星爆炸。


這時候,恆星內核的原子將被瞬間壓碎,電子墜入原子核與質子中和,變為中子;被壓碎的原子只剩下原子核,而且是隻有中子的原子核。


這些被擠到一起的中子,組成了中子星,這時候泡利不相容原理阻止了中子繼續塌縮,中子簡併壓力對抗著強大的引力。



如果恆星質量更大,那麼在超新星爆炸時,中子簡併壓力也將無法抗衡引力,原子被壓碎後,中子也將繼續被壓碎,形成夸克星。



當然,如果引力繼續再大,那麼夸克也將被壓碎,形成可怕的黑洞。


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艾伯史密斯


答案是可以,實際上把原子縮小的歷程就是恆星演化的歷史,按著縮小程度的不同對應著不同質量恆星的演化。


按照標準模型,原子確實是空的,原子核只佔很少的一點地方,大概是原子體積的兩千億分之一,這已被盧瑟福α粒子轟擊金箔試驗所證實。質子和中子在克服庫侖斥力的強大核力作用下緊緊抱在一起。原子核密度很高,每立方米有10的14次方噸,質量佔原子的99.96%,根據玻爾原子模型,核外電子排布在原子核周圍廣大空間的特定軌道,電子處在一系列分立的穩態上,即軌道量子化,儘管質子和電子之間有正負電荷的庫侖力,但根本不足以抵抗泡利不相容原理產生的斥力(電子簡併壓),電子不會落到原子核上,但是隨著天體物理學的發展和天文觀測水平的提高,人們發現了大量的白矮星(就是人們常說的鑽石星)。



白矮星的鑽石核心

它們密度很大,每立方米有10的7次方噸,遠遠大於普通物質的密度(每立方米22.57噸以下),這說明原子已被大大的壓縮了,但還沒有達到每立方米10的14次方噸的原子核密度,這說明原子中的電子已脫離軌道成為自由電子,這種自由電子氣體將盡可能地佔據原子核之間的空隙,從而使單位空間包含約物質大大增多,密度大大提高了,相當於壓縮了原子。形象點說,這時的原子核是“沉浸在”電子之中,但電子還並沒有進入原子核。



1928年印度裔美籍科學家錢德拉塞卡計算出白矮星的上限為1.44個太陽質量,超出這個上限,恆星自身的引力將大於電子簡併壓(此時恆星熱核反應的燃料耗盡)而把電子壓進原子核中的質子,使質子變成中子,壓縮掉原子的剩餘空間,整個恆星變成完全有中子緊密組成的中子星,密度大得驚人,達到每立方米為10的14次方噸到15次方噸,此密度也就是原子核的密度。


地球如果被壓縮成中子星,直徑會變為22米。至此原子意義上已經不存在了。原子的空間被全部壓縮掉。恆星收縮為中子星後會因為角動量守恆導致自身高速旋轉併發出脈衝信號,因此中子星又叫脈衝星,由於它具有穩定的頻率和亮度,科學家常常用它來導航和測距,中子星成為宇宙間的“燈塔”。

當然中子還可以壓縮,因為中子還不是基本粒子,1936年原子彈之父美國物理學家奧本海默發現中子星的上限為3.2個太陽質量,超出這個上限,恆星的引力大於中子簡併壓而繼續收縮,最終有兩種歸宿,一種是經過無限坍縮形成我們熟悉的黑洞,變成一個密度無限大、時空曲率無限高即體積無限小的“奇點”,至此原子被真正縮小沒了;



另一種歸宿是形成介於中子星和黑洞之間的所謂“夸克星”,這是近年來人們提出的理論上的星體。

至此,我的回答完畢,歡迎評論。


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