如果原子99.99%為空,為什麼大部分物體不透明?我們還能感覺到物體?

歆琳科普


先說結論:你感覺到的,是一種場效應,能不能算感覺到真實的物體不好說。

用最白的白話講就是,你感覺到的是力的效果。

下面回答問題

1,寫了一堆刪了,我想簡單點說。原子99.99%為空,這句話是有問題的,這種空,並不是真的空。舉例,如果屋裡沒人沒傢俱,我們可以說屋裡空的,但是你不要忘了,屋裡仍舊有空氣。

2,地球以外的宇宙空間,連空氣都沒有,我們說他是真空,但是你可能不知道,裡面有輻射,也不空。

3,由上可見,空的標準是不一樣的。

4,原子99.99%為空,看你用什麼標準。原子內部除了原子核以外的空間裡,仍舊是存在電子雲的。。。你把電子雲忽略掉了,說他是空的,這就產生了錯誤,你又問物體為什麼不透明,我可以明確告訴你,物體透明還是不透明主要取決於電子雲,你把電子雲忽略掉了,這個問題就沒法解釋了。

5,光線大部分被電子雲吸收掉了,物體就不透明。大部分沒有被吸收,物體就透明。部分被吸收,物體半透明。至於到底吸收多少,這是另一個複雜的問題。

6,我們為什麼能感覺到物體。你拿一塊石頭,你感覺到了,以下特點

a,挺涼,b,挺硬,c,挺重。

a是溫度特徵,這其實是石頭在和周圍環境和你的手之間,交換電磁輻射。

b是電磁力特徵,硬這種感覺是手施加給石頭的握力,和石頭自身的抵抗形變的應力之間的平衡。而握力和石頭抵抗形變的應力,本質上都是電磁力。

c是引力特徵,引力這個事的本質科學家沒有弄清楚,按一般的說法,我們生活在地球上,地球質量巨大,因為質量而產生一個力,這就是重力,也叫萬有引力,這就是石頭放你手裡你會感覺重的原因。

你能感覺到物體的存在,是因為你感覺到了他的溫度,硬度,重量。而這些特徵,本質上講,都是你在和被感知的物體之間發生力的相互作用,而力的相互作用,都是通過場來實現的。。。所以我說,你感覺到的是場效應。從這種意義上講,你和物體並沒有真正接觸,你只接觸到了他的場。

7,關於物質,遠沒有你想象的那麼簡單,當你越深刻的瞭解他的時候,你會越覺得恐懼,這一切似乎都是虛假的。樓主就是了解了一點點開頭,才會有99.99%為空卻能被感覺到這個疑惑出現。

8,石頭放在手上,沉甸甸的,滿滿的真實感。。。但是你要是深究下去,這個問題讓人困惑。這塊沉甸甸的石頭,竟然有99.99%的空間是空的。我要告訴你更加不可思議的是,就連沉甸甸的感覺也是假的。

石頭沉甸甸,因為它受到了重力,重力是因為石頭有質量,質量主要來自於原子核,原子核的質量主要來源於質子和中子,質子和中子具有高度相似性,因為他們具有同位旋對稱,以質子為例,質子的質量來源於夸克,而夸克本身的質量只佔質子質量的5%,其他95%的質量竟然來源於強相互作用力和夸克的動能。。。

這意味著什麼,一塊沉甸甸的石頭,他的質量竟然95%來源於強相互作用力和動能。竟然不是實體。

9,好吧我最後總結一下

一塊沉甸甸的石頭,從空間上講,99.99%的體積是空的(忽略電子雲)

一塊沉甸甸的石頭,從質量上講,95%的本質是力和動能,

一塊冰涼的石頭,我們感覺到它冰涼,然而這種冰涼的感覺竟然是電磁輻射現象。

那麼,這塊沉甸甸的石頭還是不是實體。

既然石頭是這樣,那麼一座山是不是這樣?那麼地球是不是這樣?那麼人是不是這樣?

10,有時候不要搞太清楚反而是好事,只是無奈人類是一種好奇的動物。到此結束吧。

11,如果你願意問,下面就有一大串問題。

實體又是什麼?

在人們一般的印象中,石頭肯定是實體。那麼重力是不是實體?如果重力不是實體,那麼可以類比,強相互作用力也不是實體,他們都是某種力。

運動是不是實體?一般人憑直覺都不會認為運動是實體。那麼可以推論,動能肯定不是實體。

那麼到底什麼是實體,人們會感覺,實體最基本得有質量。

但是,在微觀世界裡麵人們的直覺和經驗都被打得稀碎。質量又是什麼?質量竟然是力和動能。

12,說句額外話,我還在很小的時候,讀了一些自然科學的書,對自然界的本質逐漸形成了一定的觀點。我覺得自然界的本質是波,用波可以解釋自然界的一切問題。隨著年齡的增長和知識的積累,這種觀點不但沒削弱,反而越來越強了。

目前物理學最前沿的理論就是弦論和他的衍生品,你不覺得弦和波有相似性嗎,弦論被認為是最有可能成為解釋自然界一切現象的萬有理論的。

包括,物質,空間,溫度,時間,質量,能量,運動,場,以及一切現象,和宇宙的歸宿。

按我的想法這些東西,都可以用波(弦)來解釋。宇宙真正的本質只有波。

先結束吧,不然沒完沒了。

實際上,物理學上那些概念,都是波在不同條件下的不同表現形式,並且沒有絕對的界限。當達到物理尺度的下限,普朗克尺度下,這些概念都混為一談了。

比如說,質量和運動就混為一談,空間和時間和熱,混為一談。其實所有這些概念都是混在一起的,不易區分,也不能區分。

那麼,為什麼到了宏觀世界,表現出這麼多屬性,我認為,這和波的對稱性破缺有關,這是另一個更為複雜的問題,我也整不了。


專業啃蘋果


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。


同樣的情況也適合原子內部。雖然電子的體積很小,但是無奈電子在原子核外是以電子雲的形式快速運動的。這就類似於飛機螺旋槳開著一樣,光子進入原子核內部之後勢必會碰上電子,能量被電子吸取然後電子躍遷到激發態。當然,這樣只是個類比。還有一種解釋就是光子的波長太長,比原子大上好幾千倍,所以進入不到原子內部,只能被外層電子吸收。



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。


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隨著量子力學的發展,我們逐漸認識到微觀世界與宏觀世界的不同,以及我們的意識感知和邏輯在現實世界與微觀量子的關係。

不要再用空與不空來去衡量微觀世界,不要再用我們的感知來去定義微觀世界。我們的感知是為求存而設定的,不是為求真而設定的。真相是相對的,只要我們還是一個凡人,就永遠也看不清世界的真相。

在微觀的世界裡不存在真正的空,甚至真空的三維空間也可被看成是實體。量子霸權,量子烏龜,量子隧穿,熱量在真空中傳遞,這些量子實驗無時無刻不在刷新著我們的三觀,無時無刻不在改變著我們看待這個世界的方式。


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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):

所有的物體都是有原子構成的,這些原子是一些小小的粒子,它們不停的運動著,當彼此略微離開時相互吸引,當彼此過於擁擠時相互排斥。

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

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


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


萬物本來就是能量 原子99.99%是空的 然後肯定原子核內部也是99.99%是空的 然後原子核核內部也是99. 99%是空的 然後……都是空的 所以物即是空 空即是物 ,舉個簡單的例子 風扇只有三個葉片 之間有空隙 但給它能量轉起來 感覺是了一個面了,所以核聚變核裂變質量變少 釋放大量的能量 質能守恆 明白嗎?


資深科技媒體人


我們看物體是否透明,主要是光線是否能夠繞過物體被我們看到,如果能夠看到是透明,不能看到就是不透明。光線是電磁波,是一種波,波長在400-700nm之間,根據波的性質,物體尺寸小於波長,光線都可以輕鬆“繞”過去,顯示就是“透明”。當光線無法繞過去或者吸收,反射光線時,就會顯示顏色。原子尺寸在0.01-1nm之間,當以原子態存在時,按照道理都是透明的。但是大多數物質並不是由原子直接組成的(惰性元素除外),而是由原子構成的氣體、液體、固體組成(通過共價鍵,離子鍵,金屬鍵組成),氣體主要有分子構成,分子之間尺寸空間大,分子尺寸一般都小於可見光波長,光線可繞過去,一般都是透明的。液體一般也有分子組成,分子之間結合緊密,分子之間繞過去難度較大,一般呈現一定顏色,分子半徑較小也會呈現透明,例如水,乙醇等,如果混有大顆粒夾雜物也會呈現顏色。對於固體分有晶體和非晶體,晶體結構規整但是有晶界,光線在晶界上發生反射,才會呈現顏色。真正的單晶體也多是透明的,對於非晶體因為沒有晶界存在,一般都是無色透明的,例如玻璃等。金屬在較快冷卻速度下,形成非晶體,也會呈現透明的。世界上大多數組織不是透明的,主要原因是不純淨,各種組織混在一起,光線通過不同物質的性質不同,造成產生差別,得以被看見。組成組織的基本結構尺寸也是關鍵,小於可見光是透明的,高於可見光尺寸都可能顯示顏色。以金屬為例,各種相尺寸,晶粒尺寸遠大於可見光,光線難以顯示透明。


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