歆琳科普

著名物理学家费曼曾说如果把人类科学史压缩成一句话，那这句话肯定是“世界是由原子组成的”

一开始物理学家们基于“原子不可分割”提出了“实心原子模型”，但英国物理学家汤姆生在1897年研究阴极射线时发现了原子内部的电子，于是“实心原子模型”就破产了，取而代之的是汤姆生自己的“葡萄干蛋糕模型”

尽管后来的“核外电子模型”故事同样精彩，但我们此刻只想搞清楚“既然原子内部绝大部分都是空的，那么我们为什么还能站在地上而不是陷进去呢？”

原因在于四大基本力中的强力弱力和电磁力，这三种力决定了我们触碰物体只不过是，手指外围电子和物体的外围电子互相排斥了而已，而如果是微观粒子的去“触碰”物体的话“量子隧穿”效应甚至能让微观粒子穿过物体，也就是说“穿墙”在量子领域是完全可以发生的。

在原子内部空旷的前提下，大部分物质之所以不透明则是因为“光量子”波长比原子大1000倍，因此光子并不能穿过任何原子进而使得物质变得透明。

宇宙探索未解之迷

这个问题的前提都是原子的内部空间十分空旷，我们先说下这个想法是否正确，然后再分两个部分回答「物体为什么不透明？」和「我们为啥为啥对物体有触感？」

原子内部是否空旷

首先，原子内部几乎是空旷的空间，这个想法在现在看来并不正确。我们这样认为的原因是将电子，中子和质子视为一个个小球，而电子像行星一样围绕着太阳公转，在我们刚接触原子理论的时候，看到的大多数原子模型都是这样的，但对目前来说这是错误的。实际上，这些“亚原子粒子”并不是字面意思上的粒子，也不是波。它们都具有特有的量子性质，具有波粒二象性，但并不是其中的任何一个。这样导致的结果就是这些粒子没有固定的大小和位置，而是以概率方式“散布”在整个原子空间。也就是说，原子的空间不是空的，电子会尽可能地占据最低能态的位置，并且布满整个空间。

为什么大部分物质不透明？

光是量子粒子，其波长比原子大一千倍。因此，光不能“进入”任何原子，只能与原子最外层的电子相互作用。这与原子内部是“空”还是“满”没有太大的关系。

物质是否透明以及物体具有什么样的颜色，取决于光子如何与该材料原子中的最外层电子相互作用。如果光子携带的频率（能量）没有被外部电子吸收，那么大部分光子就会直接通过原子。这就是为什么X射线可以穿透人体，窗外的风景可以透过玻璃的原因，仅仅取决于射向物体的光子是否被吸收的问题。

在我们生活中的无线电波只是波长更长的光，并且可以穿透大多数常见的材料。但是和所有的量子粒子一样，频率和相互作用是几率具有一定的概率性。即使某些频率的光子很少会被物质吸收，但随着物质厚度的增加，那么光子被吸收的机会也会变大。这也是为什么无线电信号无法穿透地下深层的原因。下面说第二个问题！

为什么物质会占据空间？

其实第二个问题还牵扯到了另外一个概念，为什么物质会占据空间？或者说为什么两个物质不能同时占据同一空间？我们在日常生活中所能看到的所有物质都是由质子、中子、电子构成的，这些都属于费米子。沃尔夫冈•泡利阐述的泡利不相容原理，指出两个或两个以上相同的费米子不可能同时占据一个量子系统中的同一量子态。因此原子并不会因为库仑力塌缩，物质才会占据空间。

那么，为什么我们会感触到物体呢？

在物理学中没有“触摸互动”这么一说。我们只有四个相互作用力：引力，电磁力以及强和弱相互作用。引力仅在非常大的尺度上才占主导地位，而核力之所以称为核力，是因为它们的作用范围实际上受制于核大小的数量级，比原子小了数千倍。

因此，我们现实中除了引力将我们控制在地球上以外，能感觉到的大多数事物都是电磁力的原因。从视线到气味，神经活动，身体化学，细胞新陈代谢甚至触觉都只是变相的电磁相互作用。那么什么是“触摸”？

如果我们将手指移动到某个物体附近，起初不会发生任何事情。原子总体上是呈电中性的。我们不会感觉到直接的静电排斥或吸引。但是，手指移动到与原子本身大小相当的距离，我们就会感受到静电排斥力。

物体原子和手指原子的电子云开始相互排斥。由于原子核还被电子云屏蔽，因此一个负电荷的物质与另一个带负电荷的物质非常接近。经典的静电学告诉我们，原子之间将存在排斥力。

固体物质是由许多原子紧密联结而成。如果我们的手指推动顶层原子，则下面的所有的原子都将受到推力。这就是为什么固体物体会有固体的感觉。而气体原子结合的非常松散，我们可以轻易的把气体原子推开，所以气体对我们的感触非常非常小。

所以我们从来没有真正接触到任何一个物体的原子。皮肤和物体之间总是有最小的距离，在这个距离上，静电排斥力非常强，足以刺激我们皮肤下的神经末梢，让我们感觉像是在触摸物体。

量子科学论

原子99.99%为空，只是针对于电子、原子核的体积和原子的整个体积而言。就像我们的飞机螺旋桨，大部分地方都是空的，但我们如果把头伸进转折的螺旋桨里面去，绝对的有去无回。

另外，物质是否透明和物质是否会对可见光吸收有关。假如物质吸收了可见光，比如红色的可见光，那么物质就会呈现为绿颜色。假如吸收的蓝光，物质就会呈现黄色。物质呈现的颜色和物质吸收的光颜色是互补色。黑色物质就是什么光都吸收。

至于我们为何会对一个空当当的原子产生触感，本质是自己对方原子给了我们一个反力。当两个原子相互靠近时，原子之间会由最开始的引力变为斥力，从而产生触感。

科学探秘频道

原子是一个巨大空旷的物质，原子核占据了原子总质量的99.95%。但是核外电子并不是类似与地球绕太阳一样的圆周旋转。

而是以概率形式出现在原子核周围，科学家用电子云模型描述电子在原子核外的分布。

所以说原子看似是空的，但是并不空，核外空旷地带都是电子的“家”。如果以电子大小的空间为单位，那么电子就有无数个家，不能因为电子某一刻不在某一个“家”里，就认为某个“家”是无人区。

我们生活中现在看到的可见光其实是电子辐射出来的电磁波。

电子要是只是沿着某一轨道运行，那么就不会辐射光子，一旦电子改变轨道能级就需要能量的参与。

电子的能量释放是以光子形式体现出来的，光子的能量为E=hv。

我们以电子从高轨道能级到低能级举例

当电子以受激辐射或者自发辐射的形式移动到低能级时，他会改变发射的电场，这种“波浪形”的变化以固定速度—光速传播下去。

事实上，原子并没有大小，理论上原子的轨道可以延伸到无穷远。

并不是所有光子都无法穿越宏观物质

光子都有波长，波长越大的光子，频率越小，能量就越小。

可见光遇见一面墙会被吸收再释放，这就是反射，这时候被吸收光子的频率和被释放光子的频率不一样了，我们就会认为可见光无法穿越墙。

可如果光子的频率更大呢？比如携带高能量的X射线，伽马射线。如果遇见物质阻挡，它们直接可以剥离核外电子，然后强制穿越。

我们平时说的物质并不是单一的原子，而是由无数个原子组合在一起的宏观物质，这些原子核外的电子充斥在整个空间。可见光逃离由无数个电子构成的超级电子云系统在概率上几乎为0

而光子波长越长，能容易被电子吸收，它们没有能量对抗电子云。而只有高能光子可以“聚集”能量来击垮电子（剥离），使其逃离原子壁垒。

为什么我们可以摸到物质？

前面已经说了，虽然原子绝大部分空间是虚空的，但空虚的空间在下一刻就有可能出现电子。宏观物体的最外层是由不同原子的电子组合在一起构成的化合键。当我们用手摸物体时，其实并没有接触到这个物体。

而是手掌外层的电子与物体的电子发生电场作用。最外层的电子式是相互排斥的。这种电场力反应在神经上就是触觉。

科学认识论

我们感受到的物体，其实根本不是原子层面的，而是分子层面的，或者说是晶体层面的。比如石墨和金刚石，都是碳原子组成的，为何硬度悬殊，因为晶体结构不同。别说原子内部，就是一个晶体内，原子之间的距离就很大，晶体内本身就很空！这里要理解一个化学键的概念。正因为化学键，让晶体内的原子或者是分子之间紧密的结合在一起了！所以你就感觉到了固体的存在。

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01

世界是由原子构成的

如果有一天，因为某种特别的原因，人类所有的科学知识都丢失了，只有一句话可以传递给后代，那么如何才能用最少的语言来传递最多的信息呢？那么这句话一定是原子的假设（或者说原子的事实）：

这就是我们物理学中的“分子动理论”。

02

原子的大小

原子的大小有多大呢？

我们看一滴水，表面是非常光滑的。

当我们把水滴放到最好的光学显微镜下去观察，大概可以放大2000倍左右，这时我们依旧只能看到光滑的表面——这说明，我们远远没有达到水分子的线度。

再让我们继续放大，依然是2000倍，这时的水滴已经向一座大楼那么大了，此时我们会发现水滴的表面已经不再光滑了，而是像人头攒动的火车站或者演唱会现场。

为了看清楚，我们继续放大250倍——这样，我们就一共放大了10亿倍。

此时，我们已经可以看到明显的小球了：有两种类型的小球，一种小一点，一种大一点；大一点的小球的两侧各连接着一个小一点的小球。这种一大两小的组合我们称为水分子。大的小球是氧原子，小的小球是氢原子。

一个原子有多大呢？

原子的半径一般为1×10^-10m~2×10^-10m，1×10^-10m我们称为1埃，所以一个原子的大小约为1埃到2埃。

有一个简单的方法，可以记住原子的大小。苹果和原子的比例，就像地球和苹果的比例一样。

03

原子内部的结构<strong>

原子并不是最小的物质粒子，它也是由结构的。

电子的发现

组成原子的一种重要粒子是电子，1897年由英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆生在研究阴极射线时发现。

电子的发现让人类认识到原子是可分的，至于原子的结构是什么，还有待研究。

最初汤姆孙提出葡萄干布丁模型，认为原子中大部分是带正电的物质，就像一个布丁，电子就是布丁上点缀的葡萄干。这个模型最终被德国科学家卢瑟福推翻了。

核式结构

卢瑟福提出了原子的核式结构，被我们沿用至今。

原子的大部分质量是集中在原子中心位置的一个很小的区域内的，这个区域被称为原子核。电子就是在绕着原子转动的。

04

原子核有多大呢？

原子的大小是1埃，原子核又有多大呢？

原子核极小，直径在10^-15m~10^-14m之间，体积只占原子体积的几千亿分之一，在这极小的原子核里却集中了99.96%以上原子的质量。

原子核的密度极大，核密度约为10^17kg/m3，即1立方米的体积如装满原子核，其质量将达到10^14t，即1百万亿吨!

如果原子有房间那么大，原子核只有一粒灰尘那么大！

所以，完全可以这么说——原子内部是空空荡荡的！

原子内部只有0.0000000001%（一千亿分之一）是实的，而剩余99.999999999%是空的！

其实由于原子核也是由质子和中子组成的，而质子和中子之间也有距离，所以，上面的0和9的个数其实应该更大！

05

为什么我们可以看到物体？

首先要知道，人眼能够看到物体，是由于物体发出的或者反射的光进入了眼睛。

那么，原子内部是空空荡荡的，如果单独拿出一个原子来，是很难“看到”的。因为光线照到原子的几率就很小，即使反射，方向也不一定是你的眼睛。

同理，单独一层的原子，几乎是透明的。

抛开光与原子的作用，抛开光的衍射效应，我们拿最简单的数据也可以证明我们能够看到物体的原因。

——我们看到的，都是一大堆原子，也就是重重叠叠在一起的很多个原子。

由于原子很小，那么随便一个物体包含的原子个数都是非常大的，比如1杯水的质量是200g，包含的原子个数有多少呢？

200g水分子的个数=200/18×Na=6.6×10^24个，也就是6.6亿亿亿个！非常的多！

我们假设水杯的直径是8cm，那么任意直径上的分子个数大约就有8亿个！

所以，从每个角度来看，这杯水都是密不透风的！

因此一束光无论从那个角度照射，都会被水分子干扰；反射后进入我们的眼睛，也就被我们发现了。

这种重叠效应，是我们看到物体的重要原因！

我是宇宙物理学，这就是我的回答。

宇宙物理学

悟空～

体、相、用

道是体、德是相、用是万行无不是。

道是本体，无形无相，靠悟，去除分别判断取舍心；德是道的相，进入这三维加时间（时空），靠思维可以感知，即一（有），道（无）生一，所以有生于无；用是指万有，皆是生于一，而一源于无。

所以，悟道，即是回归本源，心入无为法，合德归道，即天人合一。

一翳在目，千花乱空；

一妄在心，恒沙生灭。

本自清净，本无生灭。

悟则刹那间，迷经千百劫～

无我之我，方是真我。

顺其自然杜科斌

《宇宙物理体系》做广告:

人类刚刚建立了一套全新的物理学体系，它的名字叫《宇宙物理体系》。

它抽取物质基本性质，通解宇宙大自然万象运行机理，逻辑完全自洽。

它的正确性坚如磐石。

它是宇宙大自然终极理论。

它是人类一本一劳永逸的书。

《宇宙物理体系》28个短视频目录:

1《宇宙物理体系》

2物质和能量

3质量重量

4磁和电

5时空

6光

7浮力

8饱和原理

9信息传播

10火箭发射

11苹果下落

12磁铁相吸

13地球绕太阳转

14飞机上升

15太阳能量方式

16月球重力

17力分析

18力传播

19力与速度

20传播力

21受力分析

22宇宙机理

23望远镜

24物理用词

25性质和量

26生命

27力分析举例

28摩擦力

天山我才

答：光在穿过物体时，组成物体的原子会选择性地吸收光子，绝大部分固体物质都会把可见光吸收掉，所以这些物质是不透明的。

原子由原子核与核外电子组成，原子的经典直径为10^-10米数量级，原子核的经典直径为10^-14~10^-15米，电子的经典直径为10^-15米；由此可知，在正常情况下，原子核体积占了原子体积的千亿分之一不到，原子中99.999999999%的体积是空的。

但是微观世界的物理定律与宏观不太一样，微观粒子遵循量子力学的法则，比如在量子力学中，核外电子是电子云模型，在所处能级附近发现电子的概率最大。

随着原子序数的增加，原子的核外电子数量也在增加，核外电子存在很多能级，不同能级之间存在能量差：

1、当核外电子从高能级向低能级跃迁时，核外电子会释放光子，光子能量正好等于两个能级之间的能量差。

2、当核外电子吸收光子，且光子能量等于两个能级的能量差时，电子从低能级向高能级跃迁。

3、当核外电子吸收的光子能量，大于到任何高能级的能量差时，核外电子会完全脱离原子核的束缚成为自由电子，并获得动能。

可见光是电磁波中很小的一个波段，波长λ=380nm~780nm，光子频率ν=c/λ，光子能量E=hν，其中h为普朗克常数，于是波长越长的光子能量越低，波长越短能量越高。

当光子在原子间穿行时，如果光子能量正好等于某两个能级之间的能量差，那么处于低能级的核外电子，就有可能把光子吸收掉，于是物质会选择性地吸收相应波长的光，如果某物质对可见光波段完全吸收，那么我们说该物质是不透明的。

如果某个物体对可见光波段完全不吸收，那么我们说该物体是透明的，如果只吸收部分可见光波段，那么该物体表现为透过某种颜色的光；比如普通玻璃不吸收可见光波段，所以表现出透明，而蓝色玻璃则不吸收蓝光或者吸收少量蓝光。

对于生活中的绝大部分固体物质，其内部含有的杂质很多，一般对可见光的吸收很明显，所以绝大部分物质都是不透明的；值得注意的是，“透明”一般针对物质是否对可见光吸收，比如晶体硅是黑色的，说明可见光会被晶体硅吸收，但是红外线可以穿过晶体硅，所以晶体硅对红外线来说反而透明。

原子之间以化学键连接，化学键的本质是相邻原子之间的电磁相互作用，原子核带正电，电子带负电，当两个原子靠得太近时，原子核之间会产生排斥力，核外电子云也会发生变形，以此排斥相邻原子进入自身内部。

组成我们人体的基本物质也是原子，我们用手触摸物体时，也会受到组成物体的原子产生的排斥力， 所以哪怕原子内部99.999999999%是空的，我们的手也无法直接穿过去。

我的内容就到这里，喜欢我们文章的读者朋友，记得点击关注我们——艾伯史密斯！

艾伯史密斯

题主其实问了两个问题，一个是何为“透明”，另一个是何为“感觉到物体”。

至于原子是否中空，我到不认为是重点，况且楼下的大佬们已经完美的解释了，我只补充一点客观世界的见闻。

原子是中空的吗？

物体为什么会透明，我首先得强调——和原子空不空没有关系，希望题主先记住这一点。透明是一种宏观的现象，原子中空是微观的描述，两者没有任何因果联系。

至于原子空不空？

我们知道，原子核的大小：10^(-15)m，原子的半经大小：10^(-10) m，相差5个数量级，单纯的体积比较当然可以认为99.99%为空的不对！其实更应该是99.999%是空的，才准确。

但是原子核以及电子绝对不是一个经典的小圆球啊！波粒二象性啊，同学，微观粒子的表现特性，一切以测量为基准啊。

一个波，它无论波长如何，肯定充满空间啊，所以原子即空也不空。

不过空不空，也都和透明没关系。

何为透明？

世界上透明的东西很多，比如水和空气都是透明的，金属就不透明，石头也不透明，组成它们的原子都一样，为何有这些差别呢？原因非常多，关系错综复杂，非得用一句话说清的话——就是光线能透过物体本身，而没有发生太多的折射和散射，然后反射回眼睛，我们就视此物为透明。反之则是不透明。

例如，一根玻璃棒，当插进水中的时候，我们还能看见它，这是由于水和玻璃折射光线的比率不同，因此我们可以看清他们。

物质折射光线的角度被称为——折射率，玻璃和水的折射率不同，所以，即使他们都是透明的，我们依然可以看到水中的玻璃，但是如果同样是透明的甘油，如果它的折射率与玻璃相当的话，玻璃看起来就像消失了一样。

一张白纸并不透明，是由于纸由植物纤维素组成的，其中充满了微小的气泡，纤维素和空气有着完全不同的折射率，因此有大量的光线被折射，它们向各个方向散射开去，最终没有光线能够穿透再回到我们的眼中。

如果我们用近似于纤维素折射率的物质，来替代纸张中的空气，例如异丙醇（或者普通食用油），当一张白纸被异丙醇浸透，纸张中原本的小气泡会被异丙醇填满，这时候光线没有发生太多折射和散射，就能直接穿过纸张，然后反射回眼睛——这样白纸就变透明了。

如果我们再深入一点来阐述的话，这事情就得跟量子力学扯上关系了。

一个物体（纯物质）是否透明，它是由能带理论决定的。

能带理论来源于原子核外电子能量的不连续性。简单的可以这样认为，电子处于不同的台阶上，台阶与台阶之间有个高度差，我们称之为带隙。带隙可以理解为能量差，通常单位是电子伏(eV)。

物质由原子组成，而原子则是由原子核和核外的电子组成。其中原子核所占空间体积很小，大部分空间由电子云占据。物质是否透明取决于光子能否顺利通过不同的“台阶”，也就是带隙大小。当带隙小于2.6时，电子将吸收光子能量并进行跃迁，微观上表现为光子被吸收，宏观上表现为不透明；带隙大于2.6时，由于光子能量不足以让电子跃迁，所以电子不吸收光子，微观上表现为光子可以顺利通过，宏观上表现为透明。

为什么是2.6呢？这就得揭示人眼看见的机密。人眼要看到光，是由于可见光中光子打到人眼，产生电信号传入大脑，经过大脑处理，就看见了光。而正好光子的能量，就约是2.6eV左右。

举个简单的例子，金属中原子相互连接的大多是金属键，而金属大多又是周期性晶体结构，故能带很规律，带隙的能量比较固定。最重要的是，大多金属的带隙都小于2.6，所以不透明。

何为触摸

在物理学中其实并没有没有“感觉到物体”这么一个说法，我们只讲物体之间的基本作用关系，根据杨振宁先生的标准粒子模型以及爱因斯坦的相对论，我们可以总结出——四个基本相互作用力：引力，电磁力以及强和弱相互作用。

简单地说标准模型：费米子是组成物质的粒子，玻色子负责传递各种作用力。费米子有电子、夸克、中微子等，相当于构成物质的原材料；玻色子有负责传递电磁力的光子，负责传递弱核力的W及Z玻色子，负责传递强核力的8种胶子。这套模型统一了强力、弱力、电磁力，唯独缺了引力。上面的大家看看就好，不要深究。我们说回点实际的东西，例如引力的表现。

引力只会在非常大的尺度上才占主导地位，应用环境通常可以认为太阳和地球，或者苹果和地球这种配对中出现。

强核力和弱核力可以并称为核力，它们的作用范围实际上就原子核般大小的尺度内，也是相当的高冷，一般在核辐射或者核聚变等场景，才可能碰到。

现实生活中，我们能称之为感觉的情形，包含视线、嗅觉、神经活动、身体化学反应、细胞间新陈代谢等等可以归结为电磁力相互作用。

比如我们的手指触摸物体，其实我们从来没有真正接触到任何一个物体的原子。皮肤和物体之间在电子层距离上，就将受到静电排斥力的作用。

简单的说，物体原子和手指原子的电子云在接近一个原子的距离上，将开始相互排斥，再难寸进，在相隔原子大小的距离上停留。此时的静电排斥力通过刺激我们皮肤下的神经末梢，让我们感觉像是触摸到了物体。

这一个原子的距离，大约是多少呢？

苹果和原子的比例，就像地球和苹果的比例一样。

所以牛顿被苹果砸到，会不会别有深意呢，那还真的不好说啊。

结语

啰里啰嗦写了一大堆，辛苦大家看完。

關鍵字: 物体 德谟克利特 原子论