原子内部99.999%都是空的，为什么墙壁不能穿透过去？
- 2020-07-31 21:01:50
- 来源：原子
发布时间：07-3119:22
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粒子物理学告诉我们，不管是坚硬的墙壁，还是柔软的棉花，或者透明的水，它们都是由三种粒子构成：质子、中子和电子。质子和中子构成了原子核，电子在外围绕核运动，由此构成了原子，这是组成宏观物质的基本结构。
不过，原子并非实心结构，它们就像太阳系那样，内部空间是空荡荡的。如果把原子的大小比作一座大型球场，那么，原子核就如同球场中心的一粒米。而电子的尺寸更是远远小于原子核，相差几万倍。
因此，原子的内部十分空旷，多达99.999%的空间都是空的。既然如此，为什么原子结构不会坍缩？为什么会有固态的物质？为什么墙壁不能穿透过去？
质子带正电，中子呈电中性，所以原子核带正电。另一方面，电子带负电。带有相反电荷的原子核和电子之间会相互吸引，它们之间存在库仑力作用。
在太阳系中，行星绕太阳运动是由太阳引力来维持的。然而，电子在原子核周围的运动并不是由库仑力来维持的，电子的绕核运动与行星的绕太阳公转完全不一样。
如果电子的绕核运动类似于太阳系，那么，在电子运动过程中，它们会向外辐射出电磁波，导致能量损失，电子很快就会掉进原子核中。但事实上，电子一直在原子核之外，只有中子星那样的极端天体才能把电子挤压到原子核中。
之所以原子没有坍缩，是因为电子的运行轨道不是任意的，而是具有特定能级的量子轨道，电子的运动不会消耗能量。只有当电子从高能级轨道跃迁到低能级轨道时，才会释放出能量。
并且，电子的绕核运动并不是经典物理学中的圆周运动。根据不确定性原理，电子绕核运动的速度和位置不能被同时测量出来，只能知道它们出现在某个位置的概念，这可以被描绘成“电子云”。
至于为什么空荡荡的原子可以组成固体，并且不能穿墙而过，可以想象一下这样的例子：电风扇不转动的时候，扇叶之间是空荡荡的，可以伸过去一根棍子；如果开启电风扇，扇叶快速转动起来，棍子伸过去就会被扇叶拍打到。
同样的道理，原子核周围的电子云占据着很大的空间，原子并非真正意义上空荡荡的。大量原子通过电磁力结合在一起，它们的内部并非是空的，就能形成固态的物质。
事实上，由于电子云的存在，我们根本无法接触到任何东西。当不同的物体试图接触时，它们的电子云之间会产生强大的排斥力，使得原子之间并没有真正接触到。
另外，根据量子力学，穿墙而过是有可能实现的。如果组成人的所有原子同时发生量子隧穿效应，人就有可能从墙的一边穿到另一边。然而，人身上的5000亿亿亿个原子同时发生量子隧穿效应的概率极低。据估计，一个人穿过厚度为1米的墙壁，概率只有1/10^(10^35)，近乎为零。
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