歆琳科普

著名物理學家費曼曾說如果把人類科學史壓縮成一句話，那這句話肯定是“世界是由原子組成的”

一開始物理學家們基於“原子不可分割”提出了“實心原子模型”，但英國物理學家湯姆生在1897年研究陰極射線時發現了原子內部的電子，於是“實心原子模型”就破產了，取而代之的是湯姆生自己的“葡萄乾蛋糕模型”

儘管後來的“核外電子模型”故事同樣精彩，但我們此刻只想搞清楚“既然原子內部絕大部分都是空的，那麼我們為什麼還能站在地上而不是陷進去呢？”

原因在於四大基本力中的強力弱力和電磁力，這三種力決定了我們觸碰物體只不過是，手指外圍電子和物體的外圍電子互相排斥了而已，而如果是微觀粒子的去“觸碰”物體的話“量子隧穿”效應甚至能讓微觀粒子穿過物體，也就是說“穿牆”在量子領域是完全可以發生的。

在原子內部空曠的前提下，大部分物質之所以不透明則是因為“光量子”波長比原子大1000倍，因此光子並不能穿過任何原子進而使得物質變得透明。

宇宙探索未解之迷

這個問題的前提都是原子的內部空間十分空曠，我們先說下這個想法是否正確，然後再分兩個部分回答「物體為什麼不透明？」和「我們為啥為啥對物體有觸感？」

原子內部是否空曠

首先，原子內部幾乎是空曠的空間，這個想法在現在看來並不正確。我們這樣認為的原因是將電子，中子和質子視為一個個小球，而電子像行星一樣圍繞著太陽公轉，在我們剛接觸原子理論的時候，看到的大多數原子模型都是這樣的，但對目前來說這是錯誤的。實際上，這些“亞原子粒子”並不是字面意思上的粒子，也不是波。它們都具有特有的量子性質，具有波粒二象性，但並不是其中的任何一個。這樣導致的結果就是這些粒子沒有固定的大小和位置，而是以概率方式“散佈”在整個原子空間。也就是說，原子的空間不是空的，電子會盡可能地佔據最低能態的位置，並且佈滿整個空間。

為什麼大部分物質不透明？

光是量子粒子，其波長比原子大一千倍。因此，光不能“進入”任何原子，只能與原子最外層的電子相互作用。這與原子內部是“空”還是“滿”沒有太大的關係。

物質是否透明以及物體具有什麼樣的顏色，取決於光子如何與該材料原子中的最外層電子相互作用。如果光子攜帶的頻率（能量）沒有被外部電子吸收，那麼大部分光子就會直接通過原子。這就是為什麼X射線可以穿透人體，窗外的風景可以透過玻璃的原因，僅僅取決於射向物體的光子是否被吸收的問題。

在我們生活中的無線電波只是波長更長的光，並且可以穿透大多數常見的材料。但是和所有的量子粒子一樣，頻率和相互作用是幾率具有一定的概率性。即使某些頻率的光子很少會被物質吸收，但隨著物質厚度的增加，那麼光子被吸收的機會也會變大。這也是為什麼無線電信號無法穿透地下深層的原因。下面說第二個問題！

為什麼物質會佔據空間？

其實第二個問題還牽扯到了另外一個概念，為什麼物質會佔據空間？或者說為什麼兩個物質不能同時佔據同一空間？我們在日常生活中所能看到的所有物質都是由質子、中子、電子構成的，這些都屬於費米子。沃爾夫岡•泡利闡述的泡利不相容原理，指出兩個或兩個以上相同的費米子不可能同時佔據一個量子系統中的同一量子態。因此原子並不會因為庫侖力塌縮，物質才會佔據空間。

那麼，為什麼我們會感觸到物體呢？

在物理學中沒有“觸摸互動”這麼一說。我們只有四個相互作用力：引力，電磁力以及強和弱相互作用。引力僅在非常大的尺度上才占主導地位，而核力之所以稱為核力，是因為它們的作用範圍實際上受制於核大小的數量級，比原子小了數千倍。

因此，我們現實中除了引力將我們控制在地球上以外，能感覺到的大多數事物都是電磁力的原因。從視線到氣味，神經活動，身體化學，細胞新陳代謝甚至觸覺都只是變相的電磁相互作用。那麼什麼是“觸摸”？

如果我們將手指移動到某個物體附近，起初不會發生任何事情。原子總體上是呈電中性的。我們不會感覺到直接的靜電排斥或吸引。但是，手指移動到與原子本身大小相當的距離，我們就會感受到靜電排斥力。

物體原子和手指原子的電子雲開始相互排斥。由於原子核還被電子雲屏蔽，因此一個負電荷的物質與另一個帶負電荷的物質非常接近。經典的靜電學告訴我們，原子之間將存在排斥力。

固體物質是由許多原子緊密聯結而成。如果我們的手指推動頂層原子，則下面的所有的原子都將受到推力。這就是為什麼固體物體會有固體的感覺。而氣體原子結合的非常鬆散，我們可以輕易的把氣體原子推開，所以氣體對我們的感觸非常非常小。

所以我們從來沒有真正接觸到任何一個物體的原子。皮膚和物體之間總是有最小的距離，在這個距離上，靜電排斥力非常強，足以刺激我們皮膚下的神經末梢，讓我們感覺像是在觸摸物體。

量子科學論

原子99.99%為空，只是針對於電子、原子核的體積和原子的整個體積而言。就像我們的飛機螺旋槳，大部分地方都是空的，但我們如果把頭伸進轉折的螺旋槳裡面去，絕對的有去無回。

另外，物質是否透明和物質是否會對可見光吸收有關。假如物質吸收了可見光，比如紅色的可見光，那麼物質就會呈現為綠顏色。假如吸收的藍光，物質就會呈現黃色。物質呈現的顏色和物質吸收的光顏色是互補色。黑色物質就是什麼光都吸收。

至於我們為何會對一個空當當的原子產生觸感，本質是自己對方原子給了我們一個反力。當兩個原子相互靠近時，原子之間會由最開始的引力變為斥力，從而產生觸感。

科學探秘頻道

原子是一個巨大空曠的物質，原子核佔據了原子總質量的99.95%。但是核外電子並不是類似與地球繞太陽一樣的圓周旋轉。

而是以概率形式出現在原子核周圍，科學家用電子雲模型描述電子在原子核外的分佈。

所以說原子看似是空的，但是並不空，核外空曠地帶都是電子的“家”。如果以電子大小的空間為單位，那麼電子就有無數個家，不能因為電子某一刻不在某一個“家”裡，就認為某個“家”是無人區。

我們生活中現在看到的可見光其實是電子輻射出來的電磁波。

電子要是隻是沿著某一軌道運行，那麼就不會輻射光子，一旦電子改變軌道能級就需要能量的參與。

電子的能量釋放是以光子形式體現出來的，光子的能量為E=hv。

我們以電子從高軌道能級到低能級舉例

當電子以受激輻射或者自發輻射的形式移動到低能級時，他會改變發射的電場，這種“波浪形”的變化以固定速度—光速傳播下去。

事實上，原子並沒有大小，理論上原子的軌道可以延伸到無窮遠。

並不是所有光子都無法穿越宏觀物質

光子都有波長，波長越大的光子，頻率越小，能量就越小。

可見光遇見一面牆會被吸收再釋放，這就是反射，這時候被吸收光子的頻率和被釋放光子的頻率不一樣了，我們就會認為可見光無法穿越牆。

可如果光子的頻率更大呢？比如攜帶高能量的X射線，伽馬射線。如果遇見物質阻擋，它們直接可以剝離核外電子，然後強制穿越。

我們平時說的物質並不是單一的原子，而是由無數個原子組合在一起的宏觀物質，這些原子核外的電子充斥在整個空間。可見光逃離由無數個電子構成的超級電子雲系統在概率上幾乎為0

而光子波長越長，能容易被電子吸收，它們沒有能量對抗電子雲。而只有高能光子可以“聚集”能量來擊垮電子（剝離），使其逃離原子壁壘。

為什麼我們可以摸到物質？

前面已經說了，雖然原子絕大部分空間是虛空的，但空虛的空間在下一刻就有可能出現電子。宏觀物體的最外層是由不同原子的電子組合在一起構成的化合鍵。當我們用手摸物體時，其實並沒有接觸到這個物體。

而是手掌外層的電子與物體的電子發生電場作用。最外層的電子式是相互排斥的。這種電場力反應在神經上就是觸覺。

科學認識論

我們感受到的物體，其實根本不是原子層面的，而是分子層面的，或者說是晶體層面的。比如石墨和金剛石，都是碳原子組成的，為何硬度懸殊，因為晶體結構不同。別說原子內部，就是一個晶體內，原子之間的距離就很大，晶體內本身就很空！這裡要理解一個化學鍵的概念。正因為化學鍵，讓晶體內的原子或者是分子之間緊密的結合在一起了！所以你就感覺到了固體的存在。

港漂漂深圳

01

世界是由原子構成的

如果有一天，因為某種特別的原因，人類所有的科學知識都丟失了，只有一句話可以傳遞給後代，那麼如何才能用最少的語言來傳遞最多的信息呢？那麼這句話一定是原子的假設（或者說原子的事實）：

這就是我們物理學中的“分子動理論”。

02

原子的大小

原子的大小有多大呢？

我們看一滴水，表面是非常光滑的。

當我們把水滴放到最好的光學顯微鏡下去觀察，大概可以放大2000倍左右，這時我們依舊只能看到光滑的表面——這說明，我們遠遠沒有達到水分子的線度。

再讓我們繼續放大，依然是2000倍，這時的水滴已經向一座大樓那麼大了，此時我們會發現水滴的表面已經不再光滑了，而是像人頭攢動的火車站或者演唱會現場。

為了看清楚，我們繼續放大250倍——這樣，我們就一共放大了10億倍。

此時，我們已經可以看到明顯的小球了：有兩種類型的小球，一種小一點，一種大一點；大一點的小球的兩側各連接著一個小一點的小球。這種一大兩小的組合我們稱為水分子。大的小球是氧原子，小的小球是氫原子。

一個原子有多大呢？

原子的半徑一般為1×10^-10m~2×10^-10m，1×10^-10m我們稱為1埃，所以一個原子的大小約為1埃到2埃。

有一個簡單的方法，可以記住原子的大小。蘋果和原子的比例，就像地球和蘋果的比例一樣。

03

原子內部的結構<strong>

原子並不是最小的物質粒子，它也是由結構的。

電子的發現

組成原子的一種重要粒子是電子，1897年由英國物理學家約瑟夫·約翰·湯姆生在研究陰極射線時發現。

電子的發現讓人類認識到原子是可分的，至於原子的結構是什麼，還有待研究。

最初湯姆孫提出葡萄乾布丁模型，認為原子中大部分是帶正電的物質，就像一個布丁，電子就是布丁上點綴的葡萄乾。這個模型最終被德國科學家盧瑟福推翻了。

核式結構

盧瑟福提出了原子的核式結構，被我們沿用至今。

原子的大部分質量是集中在原子中心位置的一個很小的區域內的，這個區域被稱為原子核。電子就是在繞著原子轉動的。

04

原子核有多大呢？

原子的大小是1埃，原子核又有多大呢？

原子核極小，直徑在10^-15m~10^-14m之間，體積只佔原子體積的幾千億分之一，在這極小的原子核裡卻集中了99.96%以上原子的質量。

原子核的密度極大，核密度約為10^17kg/m3，即1立方米的體積如裝滿原子核，其質量將達到10^14t，即1百萬億噸!

如果原子有房間那麼大，原子核只有一粒灰塵那麼大！

所以，完全可以這麼說——原子內部是空空蕩蕩的！

原子內部只有0.0000000001%（一千億分之一）是實的，而剩餘99.999999999%是空的！

其實由於原子核也是由質子和中子組成的，而質子和中子之間也有距離，所以，上面的0和9的個數其實應該更大！

05

為什麼我們可以看到物體？

首先要知道，人眼能夠看到物體，是由於物體發出的或者反射的光進入了眼睛。

那麼，原子內部是空空蕩蕩的，如果單獨拿出一個原子來，是很難“看到”的。因為光線照到原子的幾率就很小，即使反射，方向也不一定是你的眼睛。

同理，單獨一層的原子，幾乎是透明的。

拋開光與原子的作用，拋開光的衍射效應，我們拿最簡單的數據也可以證明我們能夠看到物體的原因。

——我們看到的，都是一大堆原子，也就是重重疊疊在一起的很多個原子。

由於原子很小，那麼隨便一個物體包含的原子個數都是非常大的，比如1杯水的質量是200g，包含的原子個數有多少呢？

200g水分子的個數=200/18×Na=6.6×10^24個，也就是6.6億億億個！非常的多！

我們假設水杯的直徑是8cm，那麼任意直徑上的分子個數大約就有8億個！

所以，從每個角度來看，這杯水都是密不透風的！

因此一束光無論從那個角度照射，都會被水分子干擾；反射後進入我們的眼睛，也就被我們發現了。

這種重疊效應，是我們看到物體的重要原因！

我是宇宙物理學，這就是我的回答。

宇宙物理學

悟空～

體、相、用

道是體、德是相、用是萬行無不是。

道是本體，無形無相，靠悟，去除分別判斷取捨心；德是道的相，進入這三維加時間（時空），靠思維可以感知，即一（有），道（無）生一，所以有生於無；用是指萬有，皆是生於一，而一源於無。

所以，悟道，即是迴歸本源，心入無為法，合德歸道，即天人合一。

一翳在目，千花亂空；

一妄在心，恆沙生滅。

本自清淨，本無生滅。

悟則剎那間，迷經千百劫～

無我之我，方是真我。

順其自然杜科斌

《宇宙物理體系》做廣告:

人類剛剛建立了一套全新的物理學體系，它的名字叫《宇宙物理體系》。

它抽取物質基本性質，通解宇宙大自然萬象運行機理，邏輯完全自洽。

它的正確性堅如磐石。

它是宇宙大自然終極理論。

它是人類一本一勞永逸的書。

《宇宙物理體系》28個短視頻目錄:

1《宇宙物理體系》

2物質和能量

3質量重量

4磁和電

5時空

6光

7浮力

8飽和原理

9信息傳播

10火箭發射

11蘋果下落

12磁鐵相吸

13地球繞太陽轉

14飛機上升

15太陽能量方式

16月球重力

17力分析

18力傳播

19力與速度

20傳播力

21受力分析

22宇宙機理

23望遠鏡

24物理用詞

25性質和量

26生命

27力分析舉例

28摩擦力

天山我才

答：光在穿過物體時，組成物體的原子會選擇性地吸收光子，絕大部分固體物質都會把可見光吸收掉，所以這些物質是不透明的。

原子由原子核與核外電子組成，原子的經典直徑為10^-10米數量級，原子核的經典直徑為10^-14~10^-15米，電子的經典直徑為10^-15米；由此可知，在正常情況下，原子核體積佔了原子體積的千億分之一不到，原子中99.999999999%的體積是空的。

但是微觀世界的物理定律與宏觀不太一樣，微觀粒子遵循量子力學的法則，比如在量子力學中，核外電子是電子雲模型，在所處能級附近發現電子的概率最大。

隨著原子序數的增加，原子的核外電子數量也在增加，核外電子存在很多能級，不同能級之間存在能量差：

1、當核外電子從高能級向低能級躍遷時，核外電子會釋放光子，光子能量正好等於兩個能級之間的能量差。

2、當核外電子吸收光子，且光子能量等於兩個能級的能量差時，電子從低能級向高能級躍遷。

3、當核外電子吸收的光子能量，大於到任何高能級的能量差時，核外電子會完全脫離原子核的束縛成為自由電子，並獲得動能。

可見光是電磁波中很小的一個波段，波長λ=380nm~780nm，光子頻率ν=c/λ，光子能量E=hν，其中h為普朗克常數，於是波長越長的光子能量越低，波長越短能量越高。

當光子在原子間穿行時，如果光子能量正好等於某兩個能級之間的能量差，那麼處於低能級的核外電子，就有可能把光子吸收掉，於是物質會選擇性地吸收相應波長的光，如果某物質對可見光波段完全吸收，那麼我們說該物質是不透明的。

如果某個物體對可見光波段完全不吸收，那麼我們說該物體是透明的，如果只吸收部分可見光波段，那麼該物體表現為透過某種顏色的光；比如普通玻璃不吸收可見光波段，所以表現出透明，而藍色玻璃則不吸收藍光或者吸收少量藍光。

對於生活中的絕大部分固體物質，其內部含有的雜質很多，一般對可見光的吸收很明顯，所以絕大部分物質都是不透明的；值得注意的是，“透明”一般針對物質是否對可見光吸收，比如晶體硅是黑色的，說明可見光會被晶體硅吸收，但是紅外線可以穿過晶體硅，所以晶體硅對紅外線來說反而透明。

原子之間以化學鍵連接，化學鍵的本質是相鄰原子之間的電磁相互作用，原子核帶正電，電子帶負電，當兩個原子靠得太近時，原子核之間會產生排斥力，核外電子雲也會發生變形，以此排斥相鄰原子進入自身內部。

組成我們人體的基本物質也是原子，我們用手觸摸物體時，也會受到組成物體的原子產生的排斥力， 所以哪怕原子內部99.999999999%是空的，我們的手也無法直接穿過去。

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艾伯史密斯

題主其實問了兩個問題，一個是何為“透明”，另一個是何為“感覺到物體”。

至於原子是否中空，我到不認為是重點，況且樓下的大佬們已經完美的解釋了，我只補充一點客觀世界的見聞。

原子是中空的嗎？

物體為什麼會透明，我首先得強調——和原子空不空沒有關係，希望題主先記住這一點。透明是一種宏觀的現象，原子中空是微觀的描述，兩者沒有任何因果聯繫。

至於原子空不空？

我們知道，原子核的大小：10^(-15)m，原子的半經大小：10^(-10) m，相差5個數量級，單純的體積比較當然可以認為99.99%為空的不對！其實更應該是99.999%是空的，才準確。

但是原子核以及電子絕對不是一個經典的小圓球啊！波粒二象性啊，同學，微觀粒子的表現特性，一切以測量為基準啊。

一個波，它無論波長如何，肯定充滿空間啊，所以原子即空也不空。

不過空不空，也都和透明沒關係。

何為透明？

世界上透明的東西很多，比如水和空氣都是透明的，金屬就不透明，石頭也不透明，組成它們的原子都一樣，為何有這些差別呢？原因非常多，關係錯綜複雜，非得用一句話說清的話——就是光線能透過物體本身，而沒有發生太多的折射和散射，然後反射回眼睛，我們就視此物為透明。反之則是不透明。

例如，一根玻璃棒，當插進水中的時候，我們還能看見它，這是由於水和玻璃折射光線的比率不同，因此我們可以看清他們。

物質折射光線的角度被稱為——折射率，玻璃和水的折射率不同，所以，即使他們都是透明的，我們依然可以看到水中的玻璃，但是如果同樣是透明的甘油，如果它的折射率與玻璃相當的話，玻璃看起來就像消失了一樣。

一張白紙並不透明，是由於紙由植物纖維素組成的，其中充滿了微小的氣泡，纖維素和空氣有著完全不同的折射率，因此有大量的光線被折射，它們向各個方向散射開去，最終沒有光線能夠穿透再回到我們的眼中。

如果我們用近似於纖維素折射率的物質，來替代紙張中的空氣，例如異丙醇（或者普通食用油），當一張白紙被異丙醇浸透，紙張中原本的小氣泡會被異丙醇填滿，這時候光線沒有發生太多折射和散射，就能直接穿過紙張，然後反射回眼睛——這樣白紙就變透明瞭。

如果我們再深入一點來闡述的話，這事情就得跟量子力學扯上關係了。

一個物體（純物質）是否透明，它是由能帶理論決定的。

能帶理論來源於原子核外電子能量的不連續性。簡單的可以這樣認為，電子處於不同的臺階上，臺階與臺階之間有個高度差，我們稱之為帶隙。帶隙可以理解為能量差，通常單位是電子伏(eV)。

物質由原子組成，而原子則是由原子核和核外的電子組成。其中原子核所佔空間體積很小，大部分空間由電子雲佔據。物質是否透明取決於光子能否順利通過不同的“臺階”，也就是帶隙大小。當帶隙小於2.6時，電子將吸收光子能量並進行躍遷，微觀上表現為光子被吸收，宏觀上表現為不透明；帶隙大於2.6時，由於光子能量不足以讓電子躍遷，所以電子不吸收光子，微觀上表現為光子可以順利通過，宏觀上表現為透明。

為什麼是2.6呢？這就得揭示人眼看見的機密。人眼要看到光，是由於可見光中光子打到人眼，產生電信號傳入大腦，經過大腦處理，就看見了光。而正好光子的能量，就約是2.6eV左右。

舉個簡單的例子，金屬中原子相互連接的大多是金屬鍵，而金屬大多又是週期性晶體結構，故能帶很規律，帶隙的能量比較固定。最重要的是，大多金屬的帶隙都小於2.6，所以不透明。

何為觸摸

在物理學中其實並沒有沒有“感覺到物體”這麼一個說法，我們只講物體之間的基本作用關係，根據楊振寧先生的標準粒子模型以及愛因斯坦的相對論，我們可以總結出——四個基本相互作用力：引力，電磁力以及強和弱相互作用。

簡單地說標準模型：費米子是組成物質的粒子，玻色子負責傳遞各種作用力。費米子有電子、夸克、中微子等，相當於構成物質的原材料；玻色子有負責傳遞電磁力的光子，負責傳遞弱核力的W及Z玻色子，負責傳遞強核力的8種膠子。這套模型統一了強力、弱力、電磁力，唯獨缺了引力。上面的大家看看就好，不要深究。我們說回點實際的東西，例如引力的表現。

引力只會在非常大的尺度上才占主導地位，應用環境通常可以認為太陽和地球，或者蘋果和地球這種配對中出現。

強核力和弱核力可以並稱為核力，它們的作用範圍實際上就原子核般大小的尺度內，也是相當的高冷，一般在核輻射或者核聚變等場景，才可能碰到。

現實生活中，我們能稱之為感覺的情形，包含視線、嗅覺、神經活動、身體化學反應、細胞間新陳代謝等等可以歸結為電磁力相互作用。

比如我們的手指觸摸物體，其實我們從來沒有真正接觸到任何一個物體的原子。皮膚和物體之間在電子層距離上，就將受到靜電排斥力的作用。

簡單的說，物體原子和手指原子的電子雲在接近一個原子的距離上，將開始相互排斥，再難寸進，在相隔原子大小的距離上停留。此時的靜電排斥力通過刺激我們皮膚下的神經末梢，讓我們感覺像是觸摸到了物體。

這一個原子的距離，大約是多少呢？

蘋果和原子的比例，就像地球和蘋果的比例一樣。

所以牛頓被蘋果砸到，會不會別有深意呢，那還真的不好說啊。

結語

囉裡囉嗦寫了一大堆，辛苦大家看完。

關鍵字: 物理 科學 德謨克利特