我知道原子很小很小，但是，它究竟小到什麼程度呢？

很小很小的時候

我們就知道

我們生活中的各種物質

包括我們自己

都是由原子、分子和離子構成的

原子非常非常的小

小到我們的肉眼根本無法分辨

一根頭髮絲的直徑

差不多相當於50萬個碳原子排在一起

如果一個原子能有彈珠一般的大小

那麼你的拳頭就和地球差不多大

這樣的類比也許依然不是很直觀？

沒關係！我們再舉一個例子

現在看看你的小拇指

假設你的小拇指指尖

和你現在所處的的房間一樣大

然後我們將這個房間填滿大米

在這之中

每一粒米的大小

就相當於你指尖一個細胞

這個時候我們再做一次假設

把每一粒大米

也就是每一個細胞再想象成一個房間

然後再往裡面灌滿大米

現在大米的尺寸

就和細胞內的蛋白質相當了

這還不算完！

我們還要用沙子填滿其中的空隙

這個時候沙子的大小

就代表了指尖內的一個原子

不要著急

對著下面這張圖好好捋一捋

閉上眼睛仔細想想剛剛這個過程

體會中間每一步的縮放

你才會真真切切地感受到原子的渺小

即便原子已經很小很小

但它仍然不是組成世界的最基本單元

原子本身也具有內部結構

它是由質子、中子和電子組成的

質子和中子組成了原子核

質子帶一個單位的正電荷

中子不帶電

他們之間靠強相互作用結合在一起

強相互作用是四大基本相互作用之一

質子和中子還可以繼續分解

人們認為它們由更小的夸克構成

夸克究竟小到什麼程度

科學家們現在也不得而知

在現有的理論下

夸克和電子都是不可再分的

它們都是最基本的粒子

因而可以被看做是「一個點」

相比於原子核依靠強相互作用

牢牢束縛在一起

核外電子則顯得自由得多

在經典模型中

電子在原子核外做高速運動

速度可達2200km/s

這樣的速度繞地球一周只需18秒

原子並不是一個緻密的結構

原子核和核外電子之間有很大的空隙

事實上在一個原子中

99.999999999999%的空間都是真空

如果把構成帝國大廈的原子中

所有的真空都去掉

那麼帝國大廈將會變成米粒一般大小

如果把構成整個人類的原子中

所有的真空都去掉

那麼人類用一個湯匙就能裝下

以上的兩個例子

並不是單純的腦洞大開

宇宙中的中子星正是這樣的存在

它只有中子組成

密度大到驚人

一個直徑只有幾公里的中子星

質量便可以達到太陽的好幾倍

然而所謂的真空其實「不空」

真空中也無時無刻不存在著量子漲落

產生一些粒子和能量

並且短時間內迅速消失

它對宇宙大尺度結構的起源非常重要

前面我們說了

電子圍繞原子核做高速運動

更準確地說

電子以電子云的形式存在於原子核周圍

電子以一定的概率隨機出現

但不同位置的概率並不相同

圖中所示的這些區域內

電子出現的概率高達95%

因而被稱作原子軌道

但是95%並不是100%

儘管電子被電磁力束縛在原子核周圍

但是從概率上講

電子有可能出現在原子軌道外

距離原子核很遠很遠的位置

甚至在宇宙的另一端

聽上去是不是非常神奇？

正是這些神奇的東西

構成了宇宙間的萬事萬物

然而這還不是全部

除了質子中子夸克電子

宇宙中還有大量其它的基本粒子

科學家們把它們都統一在

標準模型的框架內

不過標準模型也並非完美

仍然有很多超越標準模型的現象

例如暗物質、暗能量等

等待著科學家們去探究

或許其中就隱藏著宇宙的終極奧義吧

素材來源：https://youtu.be/_lNF3_30lUE

編輯：Alex Yuan

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