問(wèn)伙伴們一個(gè)問(wèn)題：原子長(zhǎng)什么樣？

這個(gè)問(wèn)題看似簡(jiǎn)單，其實(shí)一點(diǎn)也不簡(jiǎn)單。在很多人的固有印象里，原子結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，就是由原子核和核外電子組成的，電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)，就像地球圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)那樣。

當(dāng)然，也會(huì)有小伙伴說(shuō)，原子核和電子的關(guān)系，并不像地球和太陽(yáng)的關(guān)系那樣，因?yàn)殡娮泳哂胁煌哪芗?jí)軌道，是一層一層的，電子可以在不同的能級(jí)之間發(fā)生躍遷，從而吸收或者釋放光子。

網(wǎng)絡(luò)上也有很多示意圖，描述原子結(jié)構(gòu)，以上兩種描述方式都有。實(shí)際上，上述兩種描述方式也不能說(shuō)不對(duì)，只是以一種通俗的方式告訴我們?cè)拥慕Y(jié)構(gòu)。

實(shí)際上，原子本身是很小的，而原子核和電子就更小了。到底有多小？

如果我們把原子放大到體育場(chǎng)那么大，你認(rèn)為原子核和電子有多大呢？說(shuō)出來(lái)可能你都不敢相信。

原子核只有一顆綠豆那么大，而電子更是只有一粒灰塵的大小，甚至還沒(méi)有那么大。

也就是說(shuō)，按照真實(shí)比例，我們很難把原子內(nèi)部的原子核和電子描述出來(lái)，尤其是電子，在圖片上或許只有一個(gè)像素的大小。

那么，既然原子核和電子都這么小，除了原子核和電子之外的廣闊空間，到底是什么呢？是真空還是存在著某些神秘的東西呢？

讓我們先來(lái)詳細(xì)分析原子的結(jié)構(gòu)組成。

原子一度被認(rèn)為是不可分割的基本粒子，直徑只有大約一百萬(wàn)分之一毫米，原子的尺寸遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)，因此我們并不能用光學(xué)顯微鏡看到原子，哪怕再先進(jìn)的光學(xué)顯微鏡都不行，這與光學(xué)顯微鏡的精度無(wú)關(guān)，是由可見(jiàn)光的波長(zhǎng)和原子尺度決定的。

要想“觀察”到原子表面情況，需要用到掃描隧道電子顯微鏡才行。

但即便如此，我們也看不到原子中間的原子核，為什么？因?yàn)榧词构庾舆h(yuǎn)比電子更小，但仍舊無(wú)法穿越電子形成的屏障。而且光子在穿越電子屏障時(shí)，下場(chǎng)只有兩種：要么被電子吸收，要么被電子形成的電場(chǎng)屏障屏蔽。結(jié)果就是：絕大多數(shù)光子都到達(dá)不了原子核。

不過(guò)中子和中微子可以穿過(guò)原子核，因?yàn)樗鼈兌际侵行噪姾?，不?huì)與原子內(nèi)部的電磁場(chǎng)發(fā)生作用。

其實(shí)原子核能形成強(qiáng)大的磁場(chǎng)，有些原子核表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度甚至與中子星表面媲美，只不過(guò)作用范圍很有限，只會(huì)對(duì)附近的電子起作用。

那么電子呢？電子到底長(zhǎng)什么樣？

很多人的固有印象里，電子就是一顆實(shí)體小球，就像玻璃球那樣。實(shí)際上我們并不知道電子的形成，因?yàn)槲覀兺耆珶o(wú)法準(zhǔn)確看到電子。

物理學(xué)上認(rèn)為，電子是一個(gè)極其微小的球體，質(zhì)量非常小，只有10的負(fù)30次方千克。由于質(zhì)量非常小，電子以非常接近光速的速度運(yùn)行。

由于電子的尺度非常小，我們很難用經(jīng)典物理學(xué)描述電子的行為，只能用量子力學(xué)。說(shuō)白了，很多時(shí)候電子并不會(huì)表現(xiàn)出粒子性，而是波動(dòng)性。

量子力學(xué)認(rèn)為，電子其實(shí)并不是一個(gè)小球，而是一團(tuán)“云霧”，所謂的“電子云”。真實(shí)的情況是，電子在某個(gè)層級(jí)軌道上可以同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)不同的地方。

這種特性讓我們很難理解，但這就是量子力學(xué)所表達(dá)的真實(shí)情況。通俗理解就是，電子不是粒子，而是波，波動(dòng)性意味著電子在原子核外無(wú)處不在，原子核外面不但不是真空，而是充滿了電子。

但現(xiàn)實(shí)并非如此簡(jiǎn)單，因?yàn)殡娮雍驮雍酥g時(shí)刻都在發(fā)生著相互作用，其中包括電磁作用和弱力作用。

在電磁作用下，電子與質(zhì)子之間會(huì)不斷交換光子。而在弱力作用下，電子與中子會(huì)不斷交換玻色子。因此，我們也可以這么講，電子與原子核之間，其實(shí)也充滿了電磁力和弱力！

經(jīng)典物理學(xué)告訴我們，電子是粒子。但由于電子尺度很小，根本無(wú)法用經(jīng)典物理學(xué)準(zhǔn)確描述，需要用量子物理去理解。

在量子物理體系下，電子具有波粒二象性，其實(shí)更多的表現(xiàn)為波的特性，電子完全沒(méi)有特定位置，我們只能描述電子在某個(gè)時(shí)間某個(gè)位置出現(xiàn)的概率。理論上電子可能出現(xiàn)在原子核附近，但也可能出現(xiàn)在銀河系的邊緣， 只不過(guò)是概率大小的問(wèn)題。大概率會(huì)出現(xiàn)在原子核附近，而出現(xiàn)在銀河系邊緣的概率幾乎為零。

除了電子之外，原子核外圍的廣闊空間里，還可能有各種宇宙射線，比如說(shuō)X射線，伽馬射線，中微子等，但它們都像是“匆匆過(guò)客”，并不會(huì)在電子內(nèi)部待太長(zhǎng)時(shí)間，基本上都是一閃而過(guò)罷了。

另外，大自然并不允許絕對(duì)真空的存在。在真空的環(huán)境里，會(huì)隨機(jī)上演量子漲落，衍生出各種虛粒子對(duì)，然后瞬間消失，就像沸騰的海洋那樣，此起彼伏，非常熱鬧，甚至比現(xiàn)實(shí)世界更加熱鬧！

完。