10.19 原子明明是空的,為啥原子構成的萬物都實實在在?

今天來聊聊真實的原子世界,科學家發現原子其實是空空如也的,如果把原子的大小比作足球場,

原子明明是空的,為啥原子構成的萬物都實實在在?

那原子核和電子的大小,就和一隻螞蟻的個頭兒差不多大,而且原子和原子核其實不像很多人想的那樣:有個外殼罩著。實際上,什麼都沒有,質子和中子是依靠強力捆綁在一起的,而電子是飄在原子核外面的,你無法預知電子在哪裡,甚至連它自己都不知道自己下一刻會去哪裡,如果有可能採訪一下電子,它的心聲一定是:

話說回來,電子和原子核都那麼小,原子又沒有外殼,原子還是空心的,所以當兩個原子相互靠近時,不就會互相滲透了,或者穿過對方?那為什麼我們坐在椅子上沒有掉下去?為什麼我們很好地站在地面上?


如果有上帝的話?


關於這個問題,我們得先從上古神話聊起。在中國的古老傳說中,宇宙起源於混沌,後來有了伏羲,然後女媧補了個天,造了個人。其實西方也有類似的傳說,一開始也是混沌,後來上帝造了個人。

當然,這裡不是要講神學,而是在我們目前科學的主流觀點中,認為宇宙創生於一個奇點,經歷了大爆炸後,變成了一鍋熱騰騰的粒子粥,是不是很像神話裡描述的混沌?

原子明明是空的,為啥原子構成的萬物都實實在在?

後來粒子慢慢地形成了萬物,是不是也有點像女媧造人,上帝造人!

但是!但是!神話不會告訴你,女媧和上帝靠什麼原理造人,只說了造人。

但科學家不是省油的燈,這種敷衍地說法,他們無法接受。

後來經歷了上千年的努力,人類終於發現:在這個世界中存在著四種作用。因為有了它們的存在,萬物才能成為萬物。這就好比宇宙的法則一樣。

這四種作用分別是:引力,電磁力,強力,弱力。

四種作用

那這四種力到底是咋回事?

我們來簡單解釋一下,因為有了強力,質子和中子被捆綁在了一個很小的範圍內,要知道質子可是帶正電的,有的原子核裡有很多質子,同性相斥,所以這是要相互排斥的。

原子明明是空的,為啥原子構成的萬物都實實在在?

但是強力是四種作用力中最強的,秒殺質子間的電磁力,強行把它們綁了起來。

不過,強力的作用距離很短,超過一定的距離就沒有用了。

不過正是有了強力,才有了原子核。

而強力是靠膠子(一種基本粒子)傳遞的。

原子明明是空的,為啥原子構成的萬物都實實在在?

其實,強力還不是最短的,弱力比強力還要短。

雖然叫做弱力。但它的也不是最弱,在四種作用力中,它排行老三,比引力還是要的大的。

弱力保證原子核不要太大

弱力是靠希格斯粒子(W+、W-、Z0)傳遞的。

在四種作用力當中,引力是最弱的,卻是作用距離最長的。不過我們平時感覺好像引力還挺大的,太陽都能靠著引力拖動地球。這是因為一般天體都超級大,所以讓人感覺引力特別大。

原子明明是空的,為啥原子構成的萬物都實實在在?

萬有引力保證了物質能夠形成星球,以及天體的運動。

至於它是什麼粒子來傳遞?

有人假設了“引力子”,但沒人找到這玩意。不過“引力子”不是主流觀點,更為主流的觀點來自於相對論。愛因斯坦認為,根本不存在引力,引力的現象是由時空的扭曲造成的。

原子明明是空的,為啥原子構成的萬物都實實在在?

正是有了強力,才有了原子核;

弱力保證了原子核不要太大;

萬有引力保證物質能夠形成星球,以及天體的運動。

所以,我們沒說的是物質和原子,這其實都來自於電磁力。

原子明明是空的,為啥原子構成的萬物都實實在在?

原子核的問題解決了,那原子是咋來的呢?

這就得靠電磁力,這包括了電力、磁力和光本身。那電磁力是咋個原理呢?

其實大家都懂,那就是同性相斥,異性相吸。

帶負電的電子被帶正電的原子核吸引著,不會跑太遠,這才形成原子。

電磁力的存在,確保原子的形成。而原子構成了物質。

原子雖然空空如也,但沒有發生相互滲透,這是因為有電子和電子之間的作用,相互排斥。也就是說,我們常說支持力的本質是電磁力。彈力的本質也是電磁力。摩擦力的本質還是電磁力。

所以,在日常生活中,只要不是引力,基本都是電磁力。因為我們基本不會和強力弱力打交道。

那電磁力是咋傳遞的呢?很多人會回答告訴你是因為磁場。

原子明明是空的,為啥原子構成的萬物都實實在在?

這個回答沒有問題,可以說是回答得特別宏觀。那更加本質的是什麼呢?實際上,和強力,弱力一樣,電磁力也是通過粒子來傳遞的,這個粒子就是光子。

也就是說,不管是異性相吸還是同性相斥,實際上只是在傳遞光子而已。

正是通過光子實現的電磁力,構成了萬物。

科學家認為如果掌握了四種作用力的本質,把它們統一起來,人類就可以成為上帝一樣的存在。而統一理論是每個物理學家的夢想,這個夢,牛頓做過。愛因斯坦做過,後半生都在忙這個。霍金也做過...但都沒有成功。

不過...

有個叫楊振寧的,他和一個叫米爾斯的同事一起搞出了:楊·米爾斯場

這個理論把強力、弱力、電磁力都統一起來。也就是說,距離大一統理論,我們還差一個引力。一些科學家認為,M理論或許可以實現這個夢想。不過...或許...我們人類永遠都無法實現。誰知道呢?


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