原子核與電子之間有什麼？是真空嗎？

2023-04-01 12:19:20 2

原子看起來像什麼？

這似乎是一個愚蠢的問題，因為只要提到原子，許多人就會知道原子是由原子核和核外電子組成的，它們圍繞原子核高速旋轉，如下圖所示。

傳統原子圖像

一些朋友也說用這種方式畫原子是錯誤的。原子核周圍的電子有不同的軌道。它們是逐層分級的。例如，鐳原子應該如下繪製。

鐳原子的電子軌道圖

這樣對嗎？

你不能說這是錯的，因為在我們的常識中，原子是這樣的，世界上所有的高中教科書都是這樣教的，它展示了原子的構成原理。

然而，事實上，不僅原子本身非常小，而且原子中的原子核和電子也太小而看不見。我經常以體育場為例:當我們把一個氫原子放大到一個大體育場的大小時，原子核只是場中心的一顆綠豆，但是電子在哪裡呢？這可能只是最邊緣的座位上的一點灰塵。

原子內部是" 空"

看起來原子是「空」，對嗎？

然後問題出現了，在原子核和電子之間的「巨大的」空空間裡有什麼？是所謂的「真理空」還是充滿了神秘的東西？為了清楚地理解這些問題，我們必須從原子本身開始。

原子結構

原子是構成世界萬物的基本粒子。它們非常小。它們的大小只有大約十分之一納米，或者大約百萬分之一毫米。因為它的尺寸比可見光的波長小得多，所以我們不能用任何光學顯微鏡來觀察它。直到掃描隧道電子顯微鏡的出現，人們才能夠間接地「觀察」單個原子的表面。

掃描隧道電子顯微鏡觀察矽表面原子

我們能看到原子中間的原子核嗎？不完全是。

即使原子核離核外電子「很遠」，即使光子比電子小(光子沒有體積)，光子仍然不能穿過電子形成的屏障。因為光子總是表現為電磁波，它們要麼被電子吸收，要麼被電子形成的電磁場屏蔽，所以大多數光子不能順利通過原子。

中子和中微子可以穿過原子(擊中原子核的概率非常小)。它們是帶有中性電荷的亞原子粒子，因此不會與原子內部的電磁場相互作用。

原子核表面有很強的磁場。例如，元素鉍原子核表面的磁場甚至和中子星表面的磁場一樣強，但是它的尺度非常小。這個磁場只作用於圍繞原子核運動的電子。

原子結構圖

電子看起來像什麼？

沒有人知道電子實際上是什麼形狀。我們看不見電子。根據傳統的物理理論，電子是一個微小的球體，它非常輕，質量只有9.11×10⁻千克，在像原子這樣微小的尺度上，它的運行速度接近光速。

然而，在如此小規模的原子中，經典物理理論無法解釋許多奇怪的現象。我們需要使用量子力學。

量子物理學認為電子不是球，而是雲。一個電子可以在它的軌道上到處出現。雖然這很難理解，但這是量子力學對電子云的解釋:原子核中的質子通過其強大的電磁力創造一個靜電勢阱，電子被束縛在這個勢阱中，電子云是其中一個區域；因為電子具有波粒二象性，它們成為三維駐波，在這個區域不斷變化。電子軌道是在空之間延伸的量子化波函數。