原子内99%都是空的,那么大的空间里会存在什么东西?
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发布时间：2022-04-26 06:49
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时间：2022-06-24 21:50
我们常常听到有人说原子内99.9999%都是空的，那事实上真是这样吗？我们来看一个具体的例子，氢原子是宇宙中最简单的原子，在处于最低能级（基态）时，它的原子半径最小，大约为0.528 x 10^-10 米，氢原子的原子核其实就是一个质子，其半径大约为 0.833 x 10^-15 米，除此之外，氢原子的内部还有一个电子，关于电子的半径目前我们还没有确切的数值，但可以肯定的是，电子的半径不会超过 10^-16 米的数量级。
经过简单的计算我们就可以得出，氢原子的半径大约是其原子核的63385倍，按照这个比例，假如我们把原子核放大到一个足球（足球半径约为0.11米）的大小，那么氢原子就是一个半径为6.972公里的巨大球体，而在这个球体里的电子大概就与一颗普通的玻璃弹珠差不多。
由此可知，原子内的空间大得离谱，我们说原子内99.9999%都是空的，都不足以说明原子内部的空旷程度，事实上，我们还应该在小数点后面加上更多的“9”才行。那么问题就来了，在这么大的空间里会存在什么东西呢？
根据量子力学的描述，原子内的电子不是规规矩矩地围绕着原子核运行，而是以一种“概率波”的方式分布在原子内的空间，它们会按照一定的概率随机地出现在原子内的空间里，电子的这种分布方式被称为“电子云”，也就是说，原子内的空间并不是我们想象中的那么空旷。
那么在原子内的空间里，除了原子核和电子之外，还有其他东西吗？答案是肯定的。
首先就是“希格斯场”，这是物理学家彼得.希格斯（Peter Higgs）在1960年代提出的理论，该理论指出，“希格斯场”在宇宙空间里无处不在，而正是因为“希格斯场”的存在，构成宇宙万物的基本粒子才会具备质量。
我们都知道，当物体在水里面运动的时候，水会对这个物质造成一定的阻碍，希格斯认为，当基本粒子在“希格斯场”中运动时，“希格斯场”也有可能会对其造成一定的“阻碍”，这种“阻碍”程度的大小就是我们所说的“质量”了。
希格斯指出，并不是所有的基本粒子都会受到“希格斯场”的“阻碍”，比如说光子，所以光子的质量就为零，其速度也就是宇宙中最快的速度——光速。需要注意的是，希格斯的理论在2013年的时候就已经得到了欧洲核子研究组织（CERN）的证实，这就意味着，“希格斯场”是真实存在的，而由于“希格斯场”在宇宙中无处不在，所以在原子内的空间里必定也有它的存在（否则原子核和电子将没有质量可言）。
除了一直存在的“希格斯场”之外，在原子的内部还有一些“过客”，首先就是光子，光子是传递电磁力的基本粒子，因此如果原子处于电磁场中，那么原子内的空间里就会有光子。
然后就是中微子，由于中微子体积非常小（半径大约是 10^-20 米），又不受强相互作用力、电磁力和引力的影响（注：中微子质量极低，引力对它的作用可以忽略不计），所以绝大多数的中微子都可以轻松地穿过原子。
在我们地球上，中微子主要来自于太阳内部的核聚变，太阳每秒钟会释放出大约 1.7 x 10^38 个中微子，平均下来到达地球的中微子密度可以达到每平方米 6 x 10^14个（600万亿个），因此可以说，在地球上的原子内的空间里，会经常出现中微子的身影。除此之外，当一些较重的原子核发生衰变的时候会释放出一些粒子，比如说α粒子或者β粒子（电子或正电子），这些粒子也会在原子内的空间里短时间地存在。
另外要说的是，在原子内的空间里，还有可能存在一种基本粒子——引力子。
在宇宙中存在四种基本力，目前我们已经确认了其中三种力的传递方式，即强相互作用力由胶子传递，电磁力由光子传递，弱相互作用力由W±玻色子和Z玻色子传递，在这个基础上，科学家推测引力也是由某种基本粒子传递的，这种基本粒子就被称为引力子。
我们都知道，凡是具有质量的物质都会产生引力，所以说如果科学家的这种推测是正确的话，那么在原子内的空间里还会存在着引力子。
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