03.07 原子內部是空的,如果把原子內部填滿,地球能有多大?為何?

阿難風


這麼來說吧,一般一般原子的直徑數量級在10^-10m,而原子核的直徑數量級在10^-15m,原子核外是圍繞著原子核做高速運轉的電子,而電子相對於原子核而言是很小的。



電子的直徑數量級在10^-22m,可見在一個原子中,電子的體積是可以忽略不計的,而原子核的體積是電子體積的上百萬倍,不過呢,原子核在整個原子面前還是顯得很小的,畢竟原子的直徑是原子核直徑的1萬倍。1萬倍是一個什麼概念呢?就這麼來說吧,假設原子為一個直徑為1米的球體,那麼原子核的直徑就是0.01mm,連一粒灰塵都比不上。

如果原子有地球這麼大的話,地球的直徑大約為1.2萬千米,那麼原子核的直徑是一個120米的球體,實在是很微不足道吧。所以說啊,原子的內部空間是很廣闊的,原子在原子核的中是很孤零零的存在,按道理說,這麼大的空間,應該可以塞得下更多的原子,可是實際上原子核都是帶正電荷的,原子核與原子核之間又是排斥的,所以這才導致了原子內部如此空曠。


有人說,如果原子的內部空間可以被填滿的話,那麼地球能有多大呢?我們都知道,物質是由原子組成的,原子的內部是有很多的空隙的,那麼如果我們能夠想辦法將原子的內部空間都給填滿的話,地球的體積就會變小很多。那麼地球的到底會變得多麼小呢?先簡單計算一下,就假設原子核的直徑是原子直徑的萬分之一,那麼原子核的體積就是原子體積的億分之一了。所以如果原子空間全部被填滿的話,地球的直徑會變得只有120米,當然了。這只是粗略的計算罷了,實際上每個原子的體積都是不一樣的。

實際上,這樣的過程在宇宙中並非是沒有發生,比如說中子星就是這樣,中子星就是從恆星演化而來的,最終電子會進入原子核將質子中和為中子,所以中子星可以說是一個由中子組合而成的巨大的星球。而中子星的體積一般都只有幾十千米,像太陽如果變成了中子星,直徑就只有不到10公里,而至於說地球的話,如果被壓縮成了和中子星一樣密度的星體,直徑將會只有89米。



鏡像科普


原子是構成物質世界的基本單元,它的體積非常非常小,一滴水中大約就有2萬億億個水分子,一個水分子又是由兩個氫原子和一個氧原子組成的,所以一滴水中又大約有6萬億億個原子,那麼原子就全部是實打實的物質了嗎?並非如此!



如今的科學技術水平已經能夠大致測量原子和質子、電子的大小和質量,將原子與質子和電子進行對比,可以做出這樣一個比喻,就是如果一個氫原子的體積像我們的地球這麼大,那麼其中間的質子的大小大概相當於一座長寬高都在100~200米之間的高樓大廈,位於“地球”的中心位置,而電子大概像籃球那麼大,在概率性地圍繞中心的“高樓大廈”運動,兩者共同促成了地球那麼大的體積,然而在這兩者之外,體積中的其他部分都是虛無的。


由此可見,原子中也並非都是物質,而是大部分都是虛無的空間,真正的質量基本都在質子或者質子和中子之中,電子的質量佔據了一小部分。


那麼如果把原子中所有的位置都填充以質子和中子這樣的物質,其質量當然會增加很多倍,一個氫原子的質量大約為1.674×10的負24次方克,如果其中都填充為質子密度的物質,計算發現質量大致要增加3000萬億倍,大致為5×10的負9次方克,

如果有一個地球一樣大的原子,其中沒有虛無的空間,都是質子或者中子這樣的物質,質量該有多大呢?可以說大得難以想象!



我們都知道中子星基本就是擠壓了原子的空間的星體,基本都是由中子組成,因此我們也可以將填充了原子空間的地球看作是一顆巨大的中子星,地球的質量大約為60萬億億噸,如果換作中子星密度的話,地球的體積將非常小,因為中子星的密度高達每立方厘米8000萬到20億噸,相當於太陽兩倍質量的中子星的體積大約為直徑10公里左右,比地球小得多,然而地球的直徑大約為12,756公里,比這樣的中子星直徑大了1275倍,地球的體積可以放下20億個這樣的中子星,大約相當於40億個太陽的質量,而太陽的質量是地球的33萬倍,算下來地球這樣大的球體如果是個中子星,質量將增加132萬億倍,堪比40億個太陽的質量,而銀河系的總質量為太陽的1.5萬億倍,這個球體的質量將相當於整個銀河系總質量的1/375,是不是很驚人呢?



科普大世界


要回答這個問題,首先要了解原子的構成,原子是由原子核和核外電子構成,原子靜態模型類似於太陽系,太陽相當於原子核,行星類似於核外電子,但核外電子時刻繞原子作無規則運動。

原子是很小的,以碳原子為例, 其直徑約為140pm(皮米),雖然原子如此之小,但其內部空間雖然很空曠,這是因為原子核和核外電在之間是存在相互作用力,每一種原子的核內質子和核外電子都是相互對應的,原子核和核外電子在相互作用力下維持這一個穩定的狀態,由此造成原子內部的空曠。

我們假設可以把原子內部填滿,但原子的邊界依然是核外電子的軌道線,填滿的原子的大小沒有變化,因此我們的地球大小也就不會發生變化了。




宇宙洪荒universe


在過去的很長一段時間裡,人們都認為原子是構成物質的最小單元,它不可分割,並且是實心的。直到19世紀初,英國著名物理學家歐內斯特.盧瑟福(Ernest.Rutherford)才使人們徹底地改變了這一認知,他通過著名的“α粒子散射實驗”清楚地告訴了我們,原子其實是空心的。

在接下來的研究工作中,科學家又進一步發現,原子的內部不但是空的,而且還空得離譜,甚至可以說原子內99.9999%以上都是空的。為了幫助大家瞭解原子內的空曠程度,我們可以拿氫原子來舉例說明。

氫原子是宇宙中最簡單的原子,原子半徑約為0.037納米(3.7 x 10^-9 釐米),它的原子核只有一個質子,半徑大約為 8.4 x 10^-14 釐米,可以看到,氫原子的半徑大約是其原子核半徑的4.4萬倍。

這是什麼概念呢?這樣講吧,假如把氫原子放大到鳥巢那麼大,那麼它的原子核就是一個半徑大約0.4釐米的小不點,其體積比一隻普通的螞蟻還要小一些。

除了原子核以外,氫原子還有一個電子。關於電子的大小,由於觀測水平的限制,目前我們還不能得到準確的數據,在相關理論中,電子普遍被認為是一個沒有體積的“點粒子”,而在相關實驗中,科學家得出的結論是,電子的半徑是不大於10^-16釐米的。

因此我們可以認為,電子的體積應該是遠遠小於原子核的,如果把原子核比作螞蟻,那麼電子很可能只有一粒塵埃那麼大。想象一下,在一個鳥巢那麼大的空間裡,除了在它的中心有一隻螞蟻之外,就只有一粒塵埃在這個巨大的空間裡隨機出現了,原子的空曠程度可想而知。

一個有意思的問題是,地球也是由數量眾多的原子構成,既然原子內部是空的,如果把原子內部填滿,地球能有多大?

這個問題看上去比較複雜,但實際上我們可以找到一個相對簡單的計算方法。在宇宙中,當一顆恆星耗盡了自己的“燃料”之後,就會在自身引力的作用下向內坍塌,在這個過程中,如果這顆恆星的質量足夠大,其自身的重力就會將其核心的原子全部壓碎,並最終形成一種密度極高的天體——中子星。

在中子星內,所有的質子、中子和電子都被擠壓在一起(質子和電子一起形成了中子),顯而易見的,這就是我們想要的效果(把原子內部填滿)。因此我們只需要計算出當地球壓縮成中子星密度時的體積,就可以得到這個問題的答案了。

接下來的事情就很簡單了,根據公式“體積等於質量除以密度”,將地球的質量(5.965 x 10^27)克,以及中子星的密度(這裡取中子星的理論最高密度 2 x 10^15 克/立方厘米)代入公式,經過計算後我們得出,假如去掉地球所有原子內部的空間,地球的體積大約為 2.98 x 10^12 立方厘米。

這個數字可能還不太直觀,我們再將其換算一下:假如地球在這種狀態下是一個球體,那麼它的半徑僅僅只有大約89米。(注:為了簡單直觀,本文引用的數據僅為近似值)


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魅力科學君


你也許已經知道所有的東西 都是由微小的原子組成。 你可能還知道每一個原子是由更小的叫做質子,中子和電子的微粒組成,而原子的內部除了原子核和電子,其他的99.9999%都是空的,可以舉一個不精確的例子,如果將一個原子想象成一座100層的高樓大廈,那麼原子核就只有這座高樓裡電梯的一個按鈕那麼大,而電子只是這座高樓裡漂浮的一粒灰塵!想像一下,如果這裡面被填滿,地球有多大呢?

為了去理解它,讓我們先提出一個問題: 一個柚子包含多少原子? 首先我們假設柚子完全由氮原子構成, 雖然不準確,但柚子中確實有氮原子。 為了便於觀察,我們把原子放大到 一個藍莓大小。 那總體柚子又會是多大呢? 它會跟地球的個頭差不多。 天啊!難道地球裝滿藍莓的數量 會和柚子中的氮原子一樣多? 的確如此!那麼原子究竟有多小? 它小到 超出了你的 想象。 現在讓我們看看原子內部,也就是藍莓。 你會發現 原子有一個核心。 其中包含著質子和中子, 外圍的是電子。 如果原子是地球中的藍莓, 那麼原子核又有多大呢? 你可能在物理書上看過原子的描繪, 原子核是箭頭所指的小點。 這些圖不是按比例畫的, 所以並不準確。 那麼真實的原子核多大呢? 如果你在藍莓的內部 搜索原子核, 結果是一無所獲。 因為我們看不到它!

如果我們把原子,也就是藍莓 放大到房子的尺寸。 想象下有兩層房屋那麼高。 我們在其中尋找原子核, 它就如一粒塵埃。 所以想要真正看清原子核, 還要把藍莓放大到橄欖球場大小。 想象一下,橄欖球場大小的原子。 在它的正中間, 你終於找到了原子核! 而它只有玻璃彈子大小。 如果現在你都沒有被震撼到, 那再來設想下原子中的質子,中子,電子。 質子和中子組成了原子核, 幾乎佔了原子全部比重。 在原子邊緣的是電子。 一個橄欖球場大小的原子, 原子核在中心,而電子在邊緣, 那麼兩者之間又是什麼呢? 虛空。 沒錯,空無一物! 在原子核和電子之間存在著大片空洞區域。 嚴格的說來還有電磁場, 但從物質的角度看,還是空洞。 而這空洞區域正是在 藍莓之中,而藍莓又是在 如地球大小的柚子之中。 更奇異的是, 事實上原子的大部分質量集中在原子核, 雖然電子也有一定質量, 但是可以忽略。 那麼原子核的密度是多少? 你會覺得不可思議。 典型的原子的密度是 4乘以10的17次方千克/立方米。

很難設想,那麼打個比方。 一個30釐米立方的盒子, 一輛重兩噸的汽車, 我們需要多少量汽車的原子核 裝在一個盒子裡 才能達到一個原子核的密度? 一輛,兩輛,還是一百輛? 都不是。 結果大得多。 需要62億輛。 這差不多是世界人口總數。 所以如果每個人都擁有一輛車, 我們假象, 把這些車都裝進盒子裡, 就差不多相當於一個原子核的密度。 把世界上每一輛車都裝進一30釐米立方的盒子中, 你才得到原子核的密度。 我們回顧一下。 原子極其渺小。 柚子中的原子是地球中的藍莓。 原子核更是出奇的小。 把藍莓放到大橄欖球場大小, 原子核就是其中的玻璃彈子。 原子內存在廣闊的虛空。 很不尋常。 原子核有極高的密度。 想想盒子裡裝的那些車,你再想想轉換成地球,得需要多少這樣的盒子。


魔力豆芽


這是可以計算的:

1、你問的是體積;

2、把原子內部填滿就是中子星的密度;

3、體積=地球質量/中子星的密度;

4、5.976×10^27克/1億~10億噸/立方厘米;

5丶結果,地球大約直徑20米。


小易學習


有資料顯示,如果,把原子填充成實心的,那地球的直徑大約是三釐米,啊,對,就是這麼大![呲牙][可愛]


人在旅途211741717


應該說把原子內部填滿,地球得有多小。

因為填滿了,質量簡直就是幾何級數增大,同樣的空間,質量越大是不是引力越大?因此地球會塌陷掉變成黑洞。

很簡單的道理,回答裡好多人在裝科學家,呵呵😄


冬泳之家


如把原子的空間填滿,地球也不會增大,但可增重近一百信。這和將一間空房填滿,房間不會增大原理一樣。


付禮成


我個人認為宇宙沒有具體的物質,都是能量的某種以虛擬的組織形式存在!


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