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原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

2019-03-04  文明世界...

原子是空心的

上一期我们聊到了真实的原子世界,科学家发现原子其实是空空如也的,

如果把原子的大小比作足球场,

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

那原子核和电子的大小,就和一只蚂蚁的个头儿差不多大,

而且原子和原子核其实不像很多人想的那样:有个外壳罩着。实际上,什么都没有,质子和中子是依靠强力捆绑在一起的,而电子是飘在原子核外面的,你无法预知电子在哪里,甚至连它自己都不知道自己下一刻会去哪里,如果有可能采访一下电子,它的心声一定是:

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

话说回来,电子和原子核都那么小,原子有没有外壳,原子还是空心的,所以当两个原子相互靠近时,不就会互相渗透了,或者穿过对方?那为什么我们坐在椅子上没有掉下去?为什么我们很好地站在地面上?

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

如果有上帝的话?

关于这个问题,我们得先从上古神话聊起。在中国的古老传说中,宇宙起源于混沌,后来有了伏羲,然后女娲补了个,天造了个人。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

其实西方也有类似的传说,一开始也混沌,后来上帝造了个人。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

当然,我这里不是要讲神学,而是在我们目前科学的主流观点中,认为宇宙创生于一个奇点,经历了大爆炸后,变成了一锅热腾腾的粒子粥,是不是很像神话里描述的混沌?

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

后来呢?粒子慢慢地形成了万物,是不是也有点像女娲造人,上帝造人!

但是!但是!神话不会告诉你,女娲和上帝靠什么原理造人,只说了造人。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

但科学家不是省油的灯,这种敷衍地说法,他们无法接受。所以经历了上千年的努力,人类终于发现:在这个世界中存在着四种作用。因为有了它们的存在,万物才能成为万物。

这四种作用分别是:引力,电磁力,强力,弱力。

四种作用

那这四种力到底是咋回事?

我们来简单解释一下,因为有了强力,质子和中子被捆绑在了一个很小的范围内,要知道质子可是带正电的,有的原子核里有很多质子,同性相斥,所以这是要相互排斥的。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

但是强力是四种作用力中最强的,秒杀质子间的电磁力,强行把它们绑了起来。

不过,强力的作用距离很多,超过一定的距离就没有用了。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

不过正是有了强力,才有了原子核。

而强力是靠胶子(一种基本粒子)传递的。

其实,强力还不是最短的,弱力比强力还要短。

虽然叫做弱力。但它的也不是最弱,在四种作用力中,它排行老三,比引力还是要的大的。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

弱力保证原子核不要太大

弱力是靠希格斯粒子(W+、W-、Z0)传递的。

在四种作用力当中,引力是最弱的,却是作用距离最长的。不过我们平时感觉好像引力还挺大的,太阳都能靠着引力拖动地球。这是因为一般天体都超级大,所以让人感觉引力特别大。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

万有引力保证了物质能够形成星球,以及天体的运动。

至于它是什么粒子来传递?

有人假设了“引力子”,但没人找到这玩意。不过不是主流观点,更为主流的观点来自于相对论。爱因斯坦认为,根本不存在引力,引力的现象是由时空的扭曲造成的。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

所以,今天的科普就到这里。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

开个玩笑...刚才说到,

正是有了强力,才有了原子核;

弱力保证了原子核不要太大;

万有引力保证物质能够形成星球,以及天体的运动。

所以,我们没说的是物质和原子,这其实都来自于电磁力。

原子核的问题解决了,那原子是咋来的呢?

这就得靠电磁力,这包括了电力、磁力和光本身。那电磁力是咋个原理呢?

其实大家都懂,那就是同性相斥,异性相吸。

带负电的电子被带正电的原子核吸引着,不会跑太远,这才形成原子。

电磁力的存在,确保原子的形成。而原子构成了物质。

原子虽然空空如也,但没有发生相互渗透,这是因为有电子和电子之间的作用,相互排斥。也就是说,我们常说支持力的本质是电磁力。弹力的本质也是电磁力。摩擦力的本质还是电磁力。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

所以,在日常生活中,只要不是引力,基本都是电磁力。因为我们基本不会和强力弱力打交道。

那电磁力是咋传递的呢?很多人回答的是磁场。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

这个回答没有问题,可以说是回答得特别宏观。那更加本质的是什么呢?实际上,和强力,弱力一样,电磁力也是通过粒子来传递的,这个粒子就是光子。

也就是说,不管是异性相吸还是同性相斥,实际上只是在传递光子而已。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

正是通过光子实现的电磁力,构成了万物。

科学家认为如果掌握了四种作用力的本质,把它们统一起来,人类就可以成为上帝一样的存在。而统一理论是每个物理学家的梦想,这个梦,牛顿做过。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

爱因斯坦做过,后半生都在忙会这个。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

霍金也做过...但都没有成功。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

不过...

有个叫杨振宁的,他和一个叫米尔斯的同事一起搞出了:杨·米尔斯场

这个理论把强力、弱力、电磁力都统一起来。也就是说,距离大一统理论,我们还差一个引力。

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

一些科学家认为,M理论或许实现这个梦想。

不过...或许...我们人类永远都不法实现。

谁知道呢?

原子明明是空的,为啥原子构成的万物都实实在在?

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