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原子内绝大部分空间都是空的?那么有绝对实心的物质吗?

 东海之子aefi7b 2021-05-29

在一百多年以前,英国科学家汤姆逊提出了原子模型。他根据物质的实体性出发,认为原子就好比是葡萄干面包。原子的质量充满着原子的体积,电子则是镶嵌在面包上的葡萄干。

新西兰科学家卢瑟福,为了证明其老师的上述假设,进行了一个实验,他用阿尔法粒子轰击金箔。其意外地发现,每发射二万个粒子,尽然只有一个粒子被反射回来。经过计算,原子的质量只集中在很小的区域。原子的半径为10-8厘米,而原子核的半径只有10-13厘米。至于电子和质子的半径就更小了,不足10-16厘米。

所以,如果我们把原子放大到地球的尺寸,那么原子核和电子与质子的体积分别为一间房子和一个乒乓球的大小。因此,就物质而言,原子竟然几乎是空的,该体积仅只是由电子的运动所形成的封闭体系。

于是,我们会产生疑问,究竟是什么东西将电子与质子束缚在一起的?而且,如果电子围绕着质子高速旋转,其离心力会非常大。难道电子不会因此而失去能量跌落到原子核内吗?由此可见,微观世界的原子与宏观世界的太阳系有着很大的区别。那么,导致两者的差异是什么呢?

根据现代科学的认识,不仅物质不实,即便是空间也并非空无一物。否则的话,我们很难理解类似万有引力和电力的超距作用,即远隔十万八千里的两个物质会相互影响。此外,所有的微观粒子都具有波动性和所有物质的运动都会受到光速的限制等,这些现象仅从物质本身是难以理解的。

为了避免连续的能量导致紫外灾变,普朗克在其新建的黑体辐射公式中添加了一个量纲为粒子角动量的物理常数h。由此,消除了辐射的无穷大,说明能量是不连续的,是由最小粒子构成的。该粒子具有不可再分的特性,因而被称为量子。

于是,有机的宇宙是由两大部分组成的。其中,离散的量子构成了物理背景,即形成了量子空间,属于能量的范畴;封闭的量子构成了物理对象,即形成了基本粒子,属于物质的范畴。因此,物质的行为是二维的,是物质与空间相互作用的共同结果。这就好比在海上游泳,我们游泳的轨迹受到了海浪的影响,具有波动性。

电子与质子之所以能够形成稳定的原子系统,是因为受到了两种形式的量子空间对称性破缺,即来自两种不同方式的空间量子不对称碰撞。其一是由于电子的半径远小于空间量子之间的距离,受到了该量子的不对称碰撞,具有波动性。由此,阻碍了电子与质子的无限接近。其二是电子与质子都具有自旋,会影响量子空间的分布。于是,当它们同轴旋转时,会引起空间量子的不对称碰撞,产生了电力,从而限制了电子与质子的相互远离。这就好比两艘同向行驶的轮船会受到海水的挤压,表现为相互的吸引。

因此,在原子的内部,虽然难寻物质的踪迹,但考虑到物理背景,其中并非空无一物,在原子的内部也同样充满着离散的量子。这就好比我们人体,其之所以没有被空气压瘪,是因为体内充满着气体,由此形成的压差是比较小的。

总之,空间不空和物质不实,是近代物理带给我们的重要认识。由此,使我们的世界观发生了改变,由机械的世界观转变为有机的量子宇宙观。于是,在原子的内部并非空无一物,只是作为封闭体系的电子和质子所占的空间极小。其中,充满着离散的量子。

只有量子具有不可再分的特性,因而其是我们宇宙中唯一的实体,可以被视为绝对实心的物体。因为,普朗克常数h大于零,其是量子的角动量。所以,量子是具有本征质量和半径的。

需要注意的是,量子实体的绝对性,只是相对于宇宙而言的,因而是相对的绝对。一旦超出了宇宙的范围,该绝对就不一定会存在了。所以,宇宙的本质是量子,其是一个由不可再分的最小粒子构成的封闭系统。

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