|
原子曾经被认为是世间万物的基本微粒，但后来人们却发现，原子是由原子核和电子构成，而在原子核和电子之间还存在着广阔的空间，具体有多广阔呢？我们不妨拿宇宙中最简单的原子——氢原子来举例说明。
氢原子的原子核其实就是一个质子，其半径约为0.833 x 10^-15米，当一个氢原子处于基态的时候体积最小，其半径大约为0.528 x 10^-10米，也就是说，一个处于基态的氢原子的半径是其原子核的大约63385倍。 这就意味着，假如我们将一个处于基态的氢原子的半径放大到500米，那么按同等比例放大之后，其原子核的半径就有大约0.79厘米，其大小大概相当于一个常见的玻璃弹珠。 当然了，氢原子还有一个电子，尽管科学家们目前还无法准确地测量出电子的半径，但可以确定的是，电子的半径的数量级不会超过10^-18米，也就是说，按同等比例放大之后，这个电子的半径最多也只有0.01毫米，依然渺小得如同一粒灰尘。
在一个半径500米的球体空间中，只有位于其中心位置的一个小小的“玻璃弹珠”，以及一粒围绕着这个“玻璃弹珠”运行的“灰尘”，原子内部的空旷程度可想而知。相对于原子核与电子的尺寸来讲，原子内部的空间可以说是非常广阔了，那么问题就来了，在原子核和电子之间的广阔空间里存在着什么呢？ 对于这个问题，或许你第一时间就会想到空气，但稍微想一下，你就会发现这是不可能的。因为空气本身就是由大量的原子组成的混合物，并且其中大部分的原子还结合成了气体分子（例如氧气、氮气），所以原子内部是不可能存在空气的。 既然没有空气，难道原子核和电子之间的空间是绝对真空吗？答案当然是否定的。
首先要讲的是，在原子核和电子之间的空间里，可能会存在着一些“匆匆而过”的粒子，比如说光子，现代物理学认为，光子是传递电磁相互作用的基本粒子，所以假如一个原子存在于电磁场中，那么在它的内部空间里，就会存在着光子。 又比如说中微子，虽然这种基本粒子的体积和质量都极小（一般认为中微子的直径低于10^-20米，质量可以低于电子质量的100万分之1），但它们在宇宙中的数量却极多，比如说太阳平均每一秒就会产生大约 1.7 x 10^38 个中微子 ，以至于在地球的表面，中微子的平均通量都可以达到每秒每平方米600万亿个。 中微子的体积比原子小得多，数量又如此庞大，所以我们有理由相信，在原子核和电子之间的空间里，会经常出现中微子的身影，由于中微子不会参与强相互作用和电磁相互作用，因此它们在绝大多数情况下都只是在原子内部“路过”。
另一方面来讲，有些不稳定的原子在发生衰变的时候，其原子核还会释放出不同种类的粒子，如α粒子、电子、正电子、中微子、反中微子等等，这些粒子也会短暂地存在于原子核和电子之间的广阔空间里。 除了“匆匆而过”的粒子之外，在原子核和电子之间的空间里还存在着“希格斯场”（Higgs field）。 “希格斯场”的概念最初由物理学家彼得·希格斯（Peter Higgs）于1960年代提出，他认为宇宙中存在着一种无处不在的量子场，当一个基本粒子与这种量子场发生相互作用时，这个基本粒子就具备了质量。
这种量子场就被称为“希格斯场”，根据彼得·希格斯的理论，在能量极高的情况下，“希格斯场”就会激发出一种被称为“希格斯玻色子”的基本粒子。 在2013年的时候，欧洲核子研究组织（CERN）首次发现了“希格斯玻色子”的存在，而这也就意味着，“希格斯场”是真实存在的。既然“希格斯场”在宇宙中“无处不在”，那原子内部的空间里也就必定存在这种量子场了（否则的话，原子核和电子就不会具备质量了）。
值得一提的是，在宇宙中的四种基本力之中，电磁相互作用力、强相互作用力和弱相互作用力都由特定的基本粒子来传递，因此一个合理的推测就是，引力可能也是由某种基本粒子来传递的，科学家将这种可能存在的基本粒子称为“引力子”。 假如“引力子”真的存在，那么它们就会出现在原子核和电子之间的广阔空间里，毕竟原子核和电子都是具有质量的，而有质量的物质就会产生引力。 好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。 |
|
|
