原子內絕大部分空間都是空的?那麼有絕對實心的物質嗎?

ERRAI


中子星就是把原子核外的電子擠壓到原子核而使電子中的負電荷和質子的正電荷核相抵消而使整個原子核呈中性,但只是擠壓掉了原子核外的空間。黑洞則是把原子核內部的空間完全擠壓掉,所以黑洞才是真正實心的。如果地球變成中子星直徑只有40~90米,但如果地球變黑洞則直徑只有區區2釐米,也就是說還沒有一個乒乓球大,有點不可思議。但不管地球變成中子星還是黑洞,其質量都保持不變,仍然是六十萬億億噸。


焦尚友村


原子中,電子的個頭並不算很大。如果把一個操場比作原子,那麼電子只有足球那麼大一點。所以說,即便有些原子內部有很多層電子,但其實整體來看,原子內部是空蕩蕩的,以至於像中微子這樣微小的粒子可以毫無阻隔的輕鬆穿過。對於中微子來說,原子就像是一個透明的物體一樣,而由原子組成的各種物體,對於中微子來說也是透明的。所以說,我們身體每時每刻都有成千上萬億個中微子穿過。

既然原子是組成物質的基本單位,那麼微觀來看,所有的物質都是“空心”的。而非實心的。當然了,再往下分還有夸克,夸克是組成物質的不可分割的組件。比如質子和中子,都是有夸克組成。夸克通過膠子,“粘合”在一起,形成了基本粒子。雖然由於夸克禁閉的存在,我們無法把夸克從基本粒子中分離出來,但從目前已有的痕跡來看,即便是質子和中子,也並非“實心的”。電子也是一種基本粒子,其是否由更小的粒子目前尚不確定。但電子也絕對不是完全“實心”的,是可壓縮的。因為再多的電子,也總會被一個無限小體積的黑洞吞噬。從這點來看,世界的萬事萬物,都是“可壓縮”的,都不是嚴格的“實心”物質。

其實,到了微觀世界,再用宏觀世界的概念並不合理。空心與實心,都是對於宏觀物質來說的。微觀世界的基本粒子,已經不在和宏觀世界物質的運動完全一樣的。比如說電子,即有粒子性也有波動性。光子更是具有大名鼎鼎的波粒二象性。在更為小的尺度下,超弦理論甚至認為物質只不過是一段段微小的能量弦振動而成。那麼如此說來,這些能量弦本就沒有體積的,只不過由於其被限定的一定的空間範圍內,才表現出了體積。如果像黑洞這麼巨大的引力,則完全可以把這些能量弦壓縮為沒有體積。


科學探秘頻道


原子內絕大部分空間都是空的?那麼有絕對實心的物質嗎?

人類一直到了原子時代早期都還認為原子是一個不可分割的實心小球,這就是著名的原子棗糕模型,但這一切在盧瑟福和他的學生用α粒子(氦4原子核)轟擊僅有幾個原子厚度的金箔時發現,絕大多數α粒子穿透金箔而去,只有極少的α粒子被彈開,這個出乎意料的結果不得不讓盧瑟福陷入沉思,當然最終他認為原子並非像道爾頓所描述的實心小球,也不是湯姆遜的原子模型,而是盧瑟福的原子模型!

其實盧瑟福原子模型已經非常接近現代原子模型了,除了電子還有明確的軌道以外,其它都沒有毛病,儘管我們認為原子內部空或者不空跟原子是軌道運行還是以電子雲模式運行並沒有差別,但事實上兩者差異就大了去了!

現代原子模型中的核外電子是電子雲概率形式存在的,當然電子的能級躍遷並不影響它的運行,只會影響它在那個區域出現的概率!但問題依然存在!

一、原子內部除了原子核以外真的是空的嗎?

從宏觀上來理解並沒有毛病,但我們要理解一個信息,電子與電子之間存在同電荷相斥的特性,另外還有簡併力的存在,使得原子內部看起來很空,但卻一點都不空的原因!這從液體與固體很難被壓縮這一點上可以得到最明顯的證明,水的壓縮率大約是每增加一個大氣壓水的密度將增加百萬分之46,這是一個極小的數字,因此在絕大部分狀態下我們將固體和液體的可壓縮率是忽略不計的!

因為壓縮首先就會觸碰到外圍電子之間的斥力,再往下就是泡利不相容原理下的電子簡併力,所以儘管原子內部空空如何,但卻充滿各種普通力量難於抗拒的力!您認為原子內部還是空的嗎?

二、有絕對實心的物質嗎?

當然空的就是空,即使是簡併力或者斥力支撐也沒有用,因為總有一個狀態,電子簡併態產生支撐力無法對抗引力,跟強作用力不一樣,引力可以無限疊加,因此在四種基本作用力中,唯有引力是一直不變而且可以無限累加,能將電子簡併態壓到極致的就是白矮星的標準,一般0.8個太陽質量以上即可!但此時電子與原子核之間還是存在相當的距離,但當質量超過錢德拉塞卡極限時電子簡併態支撐再也無法抵擋引力的得尺進尺,此時電子將被壓入原子核中和成中子,絕對實心的物質就此產生,假如您覺得夸克不是那麼重要的話!從理論上來看,中子星的門檻就是原子核的密度,因為此時原子核與原子核之間已經無法區分,只有中和後的中子!

也許絕對實心的物質還真不好找,因為中子簡併態和夸克支撐的中子依然可以被壓塌,最終成為黑洞,但各位是否要認為黑洞是實心的嗎?這可能已經超出了科學問題的範疇,也許得從哲學角度來考慮這個問題!


星辰大海路上的種花家



人類對組成物質的更小結構的探索可以追溯到古希臘人德謨克利特的“原子論”,德謨克利特認為物質都是由不可分割的“原子”組成的,而原子本身則是毫無空隙的實心微粒。

然而在當時的技術條件下古希臘人根本沒有能力證明原子的存在以及原子論的正確性。1803年英國科學家道爾頓也認為原子是不可再分的實心球體,並且它在化學反應中同樣不可分割。由於對近代化學起到了引領作用,道爾頓因此被後人稱為近代化學之父。


道爾頓之後的1897年,英國物理學家湯姆生在研究陰極射線時發現每個原子內部都有一個帶正電的原子核和若干個電子,這一發現預示著道爾頓模型的破產,因為道爾頓模型裡並沒有電子的位置。

1904年湯姆生在發現電子的基礎上結合以往的實心原子模型,提出了原子葡萄乾蛋糕模型,認為電子是平均分配在原子核上的,就像葡萄乾佈滿蛋糕一樣,不過湯姆生也認為原子是不存在空隙的實心物質。



為了驗證葡萄乾蛋糕模型的正確性,湯姆生的學生盧瑟福在1909年進行了α粒子散射實驗,用α射線去射擊厚度僅幾個原子的金箔,令人意外的是絕大部分α粒子都筆直穿過了金箔,少數被反彈的α粒子偏轉角也比湯姆生葡萄乾蛋糕模型中預測的偏轉角要大的多,種種跡象都表面了湯姆生葡萄乾蛋糕模型是錯誤的。


盧瑟福在1911年根據此前的實驗結果提出了自己的原子行星模型,該模型認為原子內部絕大部分都是空的,且質量絕大部分都集中在中心微小的原子核中,電子則像地球繞太陽公轉一樣沿著固定的軌道繞原子核公轉。

可以說盧瑟福的原子行星模型第一次確定了原子並非實心物質,是人類瞭解微觀世界的一大進步,但可惜的是盧瑟福的行星模型也是錯的,因為核外電子根本沒有運行軌道。

1913年,盧瑟福的學生玻爾將量子力學引入了導師盧瑟福的原子行星模型之中,旨在解決為什麼經典電磁理論下的行星模型中核外電子損失能量卻不坍縮到原子核中的問題。

按照玻爾的觀點,新的原子模型呈現能級結構,是由一個佔據絕大部分質量的原子核以及會能級躍遷的電子組成的,這一模型完美的解決了氫原子和類氫原子的光譜問題,但該理論卻無法應用在其他原子上,因為玻爾並沒有將電子完全當成量子來考慮,因此他這個模型其實是一個經典物理和量子力學的混合模型。

1926年量子力學先驅薛定諤以德布羅伊關係式為基礎從完全量子化的角度提出了薛定諤方程,進而產生了現帶電子雲模型,在該模型中核外電子並沒有固定運行軌道而是以電子雲形式存在的,並且按照不確定性原理我們永遠無法獲得電子的精確位置。

不論是盧瑟福行星模型還是後來的玻爾模型以及原子的電子雲模型,它們都承認原子內部絕大部分都是空的,但原子核並不是真正完全實心的物質,因為它還能分成中子質子,而中子質子又能分成不同的夸克,但夸克星也是能在引力作用下變成黑洞的,所以目前為止我們並沒有發現無法被壓縮或分解的絕對實心物質。


宇宙探索未解之迷


感謝悟空小秘書的信任和邀請。認為原子內絕大部分空間是空的,源自對科學瞭解得一知半解,不夠完整。且聽老郭為您詳細解釋。

一、什麼是空

我們人類的語言是從生活經驗中慢慢得到的,每個詞彙都有其傳承而來的特定的含義,空間是一個很廣泛,很相對的概念,使用語境不同,其含義不同。就拿漢語裡面空這個字來說,空 kōng形聲。字從穴從工,工亦聲。“穴”指洞穴,古人棲身之處。“工”指“土木工程”。“

二、經典物理中的空間概念

在經典物理學中,所謂的空間就是物與物之間的位置差異的度量,而同一個物體位置變化則用時間去度量。所以我們在經典物理學中會選擇參照物、建立參考系,然後在參照系中使用位置座標和時間座標,利用時空函數來描述物體的運動。這個函數是絕對的,只要我們的時鐘足夠準、我們測量空間的尺子精度足夠高,我們就能確定任意時刻物體在空間中的位置。這就是絕對的時空觀。

三、相對論的時空理解

物理學發展到20世紀,物理學的天空中飄來了兩朵烏雲,其中之一誕生了相對論。在相對論中絕對的時空觀被打破了,時間和空間不再相互獨立,它們的變化跟物體的運動速度產生了聯繫,都滿足洛倫茲協變的關係。不管怎麼說,這個時候的時空還是連續的,我們之前在直觀意義下建立的空間概念變成了現實世界中具有某種數量關係的時空形式。

四、量子力學的時空理解

另一朵烏雲誕生了量子力學,並且和相對論一起成為了現代物理學的兩大根基。在量子力學中,空間跟我們經典的空間理解不同,它不再是連續的。我們無法用生活經驗去想象一個不連續的空間是一種什麼樣的存在狀態。

五、原子內絕大部分並不是空的

我們前面鋪墊了那麼多,其實就是想說明這個問題。首先,在微觀尺度下的時空跟我們想象的不一樣,我們不能用經驗世界裡的空間概念去思考微觀尺度下的空間結構。其次,物質的狀態也跟我們宏觀表現得不同,微觀粒子具有波粒二象性,它們即是粒子又是波。所以,在原子的內部電子的位置和動量是不能同時測量的,這就是量子力學的不確定原理。在原子內部,電子其實是按照不同的概率分同時分佈在不同位置(空間)上的。我們不能說電子處於原子核外什麼地方,只能說某個地方電子出現的概率要高或者是低。

六、有絕對實心的物質嗎

人類對於物質的認識也是在不斷變化的,原始人肯定會認為石頭就是實心的,後來的金屬器械,人造的實體本身,人類也會認為它們是實心的。如果按照這個標準,一直分割下去,不能再被分割的東西,我們就可以認為它是實心的。隨著現代物理學的高能物理實驗(粒子對撞機)的出現,科學家們一共發現了62種基本粒子,這些粒子在目前是無法被繼續分割了,可以認為它們就是實心的。當然了,隨著科學技術的進步,如果某一天,我們有能力把現在的某些基本粒子給切開也不是沒可能,那時候就將重新刷新我們關於物質絕對實心這個概念。

總結

我們跟各位小夥伴從科學對時空的理解入手探討到原子內電子的分佈,希望能幫助您建立對於原子這樣微小尺度下的空和實的理解,相信您看完之後已經明白了其實原子核外並不是空的了吧,並且對於絕對實心的物質也應該有了一個粗淺的瞭解。

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郭哥聊科學


要回答這個問題,首先要明白什麼是“空”?我們之所以認為某個地方是“空”的,是因為我們按照日常的經驗,把“物質”與“空間”對立起來了。而根據愛因斯坦的相對論可知,物質與時間和空間是不可分割的。另外,一說到“物質”,人們通常會直接指代有“質量”的東西。而“質量”的存在,是與四大“基本力”分不開的。而“力”是有“作用範圍”的。在原子內部,核外電子與核子之間的距離,主要是電磁力的作用範圍。只要你能克服它們之間的電磁力,就可以把它們分開或者壓縮。而對於電子、夸克等基本粒子,人類目前還沒有能力克服形成它們的“力(其實是四大基本力的共同作用範圍)”,不能把它們分開或者壓縮,所以,可以認為它們是“實心”的。


劉柄灼說宇宙


絕對實心的物質,中子星算不算?也許吧,我能想到的就只有它了。

如果把一個原子比如成地球,那麼這個原子的原子核大概僅有足球場那般的大小。從這種比如上看來就知道原子到底能有多空曠了。

原子的空曠是沒有辦法的了,誰讓電子的運動需要那麼“龐大”的空間呢?

白矮星的密度很大,但它終歸不是絕對實心的物質,因為它是小質量恆星死亡後因引力坍塌而致使電子活動空間被壓縮至更小區域內的天體。由於質量不過大,所以電子活動的的力量,也就是簡併壓力可以抗菌引力持續的壓縮,最終使引力壓縮與電子的簡併壓力處在平衡的狀態。

那麼,如果死亡恆星的質量足夠的大,也就是它有足夠的力量來抵抗因引力壓縮而逐漸增大的電子簡併壓力呢?那麼答案肯定就是原子上的電子會被壓縮進原子核內,然後中和原子核內的質子,最終成為中子,也就是所謂的中子星。

中子星可以說是一種完全有原子核組合而成的天體,它的存在沒有了外層電子的纏繞,而沒有了電子的纏繞,這也就沒有了所謂的空間,於是,絕對實心的物質就出來了。

因此,絕對實心的物質就是中子星。


小民科


這個問題問的好問的妙,也就是說世界上有沒有最小的物質,是無法繼續再分的?

有沒有呢?

如果按照現在的科學理論來看,沒有,物質無法無限可分,會存在一個基本的個體,基本的個體是最小的組成單元,它的無數種姿態構成了形形色色的物質。弦論中這樣認為,一維的弦是最基本的組成單元,有人好奇,弦有多大?

聽我慢慢細分道來:

原子的直徑在10^-10m,也就是0.0000000001米,這樣看起來是不是很小很小,彆著急,在原子內部還有巨大的空間。

原子由原子核與核外的廣闊空間構成,廣闊的空間那裡是瀰漫的電子雲,也許你認為原子核很大,其實不是這樣,原子核的體積只佔原子體積的千億分之一,想不到吧,原子核原來這麼小。

原子核已經這麼小了,但卻還有比它更小的,因為原子核又是由質子與中子構成,它們由強力捆綁在一起,形成了緻密的原子核。在大型的加速器中,科學家已經可以將質子加速到接近光速,然後相撞,看看能不能碰撞出新的粒子,來檢驗已有的理論。

而質子與中子亦是由夸克構成,說到這裡似乎夸克才是最小的基本單元了,沒錯,夸克就是人類科學理論已知的最小構成物質的基本單元。

那麼弦論又是怎麼一回事呢?一維的弦又有多小呢?

弦論認為物質的最小基本組成單元是一維的弦,它的尺度是普朗克尺度,也就是在物理學上有意義的最小尺度,這個尺度大約是1.6x10^-33釐米,這是物理學上有意義的最小的可測量的尺度,雖然現在還沒有相應的科技實力能夠測量它。

這個尺度大約是質子的10^22分之一,到底有多小,可能是我們現在無法體會的渺小。這種一維的弦不同的振動頻率形成了不同屬性的基本粒子,繼而由不同的粒子構成了不同的物質,形成了這萬紫千紅的世界。

也許這絕對實心的物質就是一維的弦了。

我傾向於相信世界存在最小的基本單元,不存在無限可分,你們呢?

但是又有時候會突發奇想,是不是真的小沒有最小,大沒有最大呢,“其小無內,其大無外”?

對此你有什麼看法呢?歡迎在下方留言探討。我是科幻船塢,感謝大家的閱讀與關注

本文圖片來自於網絡,侵刪


科學船塢


絕對是肯定沒有的,但是中子星已經接近絕對實心了,中子星上正常的原子結構已無法抗衡強大的引力,電子與原子核之間的空間全部消失。電子被壓縮到原子核內部與質子中和變成中子,最後靠中子簡併壓支持起物質結構。地球如果被壓縮成中子星只有22米。


jackson316


“原子內絕大部分空間都是空的?那麼有絕對實心的物質嗎?”,關於這個問題,我們可以一個個來回答。

原子內絕大部分空間都是空的?

其實科學最重要的一個特點,就是在搞任何研究之前,都要先把研究對象定義清楚。我們雖然不搞研究,但是在談論科學問題時,其實也要把談論的對象定義清楚。也就是,所謂的“空”,到底是什麼?或者說,存不存在空?其實在量子世界裡,“空”也很熱鬧,雖然才有那句名言:真空不空

不過,相信對大多數人而言,“空”其實是指什麼都看不到。那原子內部是這樣的麼?如果我們把時間靜止,某一時刻電子靜止了(雖然這是不可能事情,我們就假設可以。)我們這個時候再來看原子核和電子,就會發現一個問題,原子其實很大很大,原子核和電子很小很小。如果用比喻的話,應該是這樣的,原子如果有足球場那麼大,而原子核只有螞蟻那麼大,至於電子,那就更小了。通過這個比喻,我們也大概知道原子有多空了。

但是你想過它為啥不會塌麼?原因其實就在於核外電子,它並不是軌道式地繞圈圈,而是呈現概率雲式的,我們只知道下一刻它出現在某個位置的概率。

有絕對實心的物質嗎?

那到底有沒有絕對實心的東西,就要從古希臘的一位哲學家說起了,他就是德謨克利特,和亞里士多德差不多時期。

他就曾提出原子論,認為構成萬物的是一種無限切分到無法再切分的原子。當然,他所說的原子和我們現在的原子並不是一種。之所以一樣的名字,是後來的科學家盜用了人家的德謨克利特的發明。

但是德謨克利特也給我們指出了一條路,那就是存不存在可以一種沒辦法繼續再發的粒子。整個20世紀的粒子物理學家和實驗物理學家都在忙會這事,他們找到了100多種粒子。最後建立了一個粒子物理標準模型。

我們可以來簡單講一講,就比如:質子還能再分麼?實際上可以。質子是由三個夸克構成的。那電子可以再分麼?實際上不可以。科學家找到了一對基本粒子,它們都不可再分,這當中就有電子,夸克,中微子,它們把這些粒子叫做費米子

除了此之外,科學家還在到了粘合劑,就是把費米子們串聯起來的粒子,這當中就有傳遞強相互作用的膠子,傳遞電磁相互作用的光子,傳遞弱相互作用的Z玻色子和W玻色子,還有賦予粒子能量的希格斯玻色子,這些起到粘合劑作用的粒子就叫做玻色子

通過這個模型,你就會發現,科學家在找到粒子的同時,還把四大作用中的三種作用統一了起來,不過引力一直都無法納入到這個體系當中。

也就是說,在粒子物理標準模型中,費米子和玻色子是德謨克利特所說的,無法切分的那種粒子。那他們是不是實心的呢?說實話,我們不知道,因為我們切不開它們。超弦理論認為他們還是可再分的,不過我們要知道的是超弦理論目前來說只是數學上推導,實際上還沒有任何驗證。所以,按照目前來看,可能是實心的應該就是這些個粒子,因為他們無法再切下去。

那他們有多緻密麼?其實我們還沒辦法知道。但我們知道中子星,也就是一些大質量的天體,自身的電子簡併力沒抗住引力,然後電子墜入到原子核中,

電子和質子發生反應變成中子,於是,整個天體就是一團中子的集合。

這種天體的密度相當驚人,一湯勺大概就有10億噸左右。這其實就是因為原子內部空間被擠壓的結果導致的。這種天體也就比一部分黑洞密度稍微小一點。(這裡強調一下,我們不用密度來描述黑洞,而且根據計算,有些大黑洞的平均密度其實很小。)

所以,我來總結一下,要說最實心的應該是那些不可再切分的基本粒子,不過這是基於目前的理論而言的。而要在宇宙中找到相對實心的,可能是一部分黑洞和絕大部分中子星。


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