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


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


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。


物原愛牛毛1


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


問題有點不嚴謹,不用加上“如果”兩字,事實上原子的絕大不分空間確實是空的!

那麼如果是這樣,能不能將原子壓縮呢?答案是:不但可以,而且可以!

要想將原因內部空間壓縮,需要一些極端的條件,我們平時見到的自然條件遠不能壓縮原子內部空間,簡單來說需要極其強悍的引力!

目前科學家們已經發現兩類天體的形成過程就包含了壓縮原子內部空間,分別是中子星還有黑洞!

中子星,顧名思義,是由中子構成的天體,通常情況下是大質量恆星(通常為太陽質量8-20倍)在燃料耗盡後向內急劇坍塌後形成的,巨大的引力甚至連電子簡併壓也承受不起,電子被迫向內壓縮,與質子融合為中子,最後也只剩下中子,所以被稱為“中子星”!

如果恆星的質量更大(通常為太陽質量20倍以上),原子內部空間被壓縮的效果就更加明顯,恆星死亡後就會形成宇宙中最恐怖的天體,黑洞!黑洞可以說是原子內部空間被壓縮到極致的產物,它是如此怪異,以至於我們熟悉的經典物理定律在那裡都不適用!

中子星和黑洞都是超新星爆發後的產物,而超新星爆發可以說是最恐怖的宇宙事件之一,它所產生的能量超乎想象!


宇宙探索


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


常態條件下原子當然不可以壓縮!有諸多物理規則導致原子無法縮小。

但在極高壓力下,很多低壓下適用的物理規則被破壞,原子也可以被壓縮,電子被壓入原子核與質子合併,最終導致不管你是什麼原子,全部變成純中子,這也是中子星的來歷,這也可以看成所有的物理規則都有特定的前提條件,這世上沒有無前提條件的真理

以下敘述為低壓條件下適用。

1、有種說法,說世間萬物其實都是空蕩蕩的虛空,物質之間也從未真正意義上的接觸,這其實就是指原子核和電子佔用的空間微乎其微,絕大部分都是虛空,就像題目說的一樣。如果原子有一個足球場大小,那麼原子核只有乒乓球大小,餘下的就是電子所佔用的軌道空間。

2、那麼原子能否縮小呢,答案是否定的,因為在原子領域起支配作用的是量子規律,根本就不是我們慣常所認識的宏觀世界規律,它有如下特點。

A. 原子核的組成為質子和中子,帶正電,核外的電子帶負電,但有趣的是原子核內的電子卻可以克服正負電磁力吸引力,保持穩定的軌道,這就是量子力學最顯著的一個特徵。

B.而且電子的軌道還分多層,不同能量的電子佔住不同層的軌道,每層只能容納不同量子態的電子,而不容許同樣電子態的電子進入同一軌道,這就是有名的泡利不相容原理,它的實質就是電子運動其實是一種波,不同條件下電子的波函數是不一樣的,而相同的波函數不能佔據同一個軌道位置,否則就衝突了。

C.正是這個原理導致原子不可能塌陷,體積也沒法縮小,就是因為電子的軌道說和泡利不相容原理,如果要強行壓縮原子體積也是可以,當引力大到一定極限,同一個軌道可以擠進去多個同態電子,這時就叫電子的“簡併壓”,超過這個壓力原子即可縮小。

但是正如上面所述,如果外部壓力極高,比如大到數百萬個大氣壓以上時,電子軌道可以徹底破壞,電子被壓入原子核,與質子中和變成中子,這樣原子就變成純粹由中子構成的物質,由於沒有電磁斥力,中子與中子緊密的挨在一起,密度極其之高,這就是有名的中子星,離黑洞只有一步之遙了。


楚楚夫


可以,原子可以被縮小。或者更準確地說,原子可以被壓縮。中子星上的原子就在被不斷壓縮。

原子由質子、電子和中子組成。質子帶正電,電子帶負電,中子不帶電。質子和中子集中在原子的中心區域,組成原子核。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。

原子核中的中子相對穩定,但遊離在原子核之外的自由中子則會經過β衰變變成一個質子和一個電子。所以,一箇中子可以由一個電子、一個質子和一個電子中微子組成。電子簡併壓力可防止正常物質完全由中子組成,正如泡利不相容原理所表明的那樣,電子可以存在於電子雲中,但電子卻不會佔據同一個位置,或者更準確地說法應該是,電子不會處在相同的量子狀態。這意味著,當電子的概率密度減小時,即壓縮原子時,電子的簡併壓力會增大,從而阻止物質壓縮。

就像這樣,中子星將所有的原子緊緊地擠壓在一起,每個原子沒有任何多餘的空間,所以整顆中子星就像一個巨大的中子,這也是中子星這個名字的由來。也正因為中子星在有限的空間裡包裹進了儘可能多的物質,所以每顆中子星的質量都很大。但由於電子簡併壓力的存在,中子星不會發生進一步的坍縮。但是,如果中子星的質量不斷增加,超過了奧本海默-沃爾科夫極限,那中子星就會最終坍縮成一個黑洞。


Rockets


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


可以的。


原子內部是由原子核和電子構成,而原子核的體積僅僅佔原子內部的千億分之一,我們只需要將電子軌道壓向原子核

即可實現原子體積收縮

並且現實狀態下就有這樣的現象發生——“恆星的演化”

當一顆恆星質量是8倍於太陽以上,在演化後期就會稱為一顆中子星。顧名思義,這是一顆充滿中子的天體。因為引力過於強大,以至於原子核外電子被壓進核內,與質子形成中子,而中子簡併壓和強大的引力保持平衡。


但是根據目前的新理論,似乎還有存在於中子星和黑洞之間的天體——“夸克星”。如果引力再強,很可能中子會被壓碎,也就說內部的夸克禁閉被突破,形成夸克簡併態,來與引力保持平衡。

再往下就是黑洞了。

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普



當然可以壓縮原子,而且,神奇的宇宙空間就存在著這麼一種由壓縮的原子核所組成的天體,也就是中子星。


中子星是由恆星引力坍縮發生超新星爆炸之後所產生的。在中子星裡,電子被壓縮在原子核裡,整個中子星由原子核緊密地擠壓在一起。簡單一點地說,中子星就是一個巨大的原子核,密度也就是原子核的密度,約為每立方厘米8×10的13次方克至2×10的15次方克之間,相當於每立方厘米的質量為8千萬到20億噸,是水的密度的一百萬億倍。

假如將地球壓縮成中子星物質,地球的直徑只剩22米。半徑十公里的中子星質量相當於太陽的質量。假如人類到了中子星上,只需0.001秒就結束一切。


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