如果能将原子核放大到篮球场那么大，能否用工具挖下些边角料呢？
优美生态环境保卫者2021-03-06 07:42
在100多年前，人们对微观领域的认知还是处于比较“原始”的状态，即使当时的很多物理学家，普遍认为原子的结构是实心小球或者“枣糕”模型，只要有合适的工具，是可以从原子核上刮下来一些原子粉末甚至电子来的。但是，随着科学技术的发展特别是物理领域理论体系的完善，人们对微观世界的认知发生了翻天覆地的变化，原子的结构根本就不是什么实心小球，用工具根本刮不下来什么粉末，就是问题的本身，也不可能将原子核进行放大。那么，如果我们做一个思想实验，真的可以将原子核放大，能否挖到“边角料”呢？
原子是一种物质构成的基本单元，由位于核心处的原子核以及更加微小的核外电子所构成，而原子核中包括带正电的质子、呈电中性的中子（氢1是最简单的原子，原子核中没有中子）。对于包含不同质子数的原子核来说，其大小肯定有所差别，但从通常意义上来把握，原子的整体直径，基本上都在直径为10^(-10)米的级别，而原子核的直径仅有10^(-15)米级别。
一个原子中，电子的数量与原子核中的质子数量基本保持一致，也就是说原子核中有多少个质子，核外电子就会有多少，整体上确保原子保持着电中性的状态。虽然核外电子非常小，但是它们的“活动”区域，与原子核相比要宽广的多，可以说是围绕着“大质量”的核心，在不同的能级轨道上“自由驰骋”，看上去是不是非常类似于行星围绕恒星公转？这也是为什么有人将原子结构比喻成行星模型的原因。
但是，微观世界与宏观世界的差异，随着量子力学的发展，显得越来越明显。在量子力学理论中，将微观粒子的运动规律归纳为“不确定性”，即人们无法精准地监测或者预测微观粒子运动的动量，也无法精准定位粒子的空间位置。对于原子核外的电子来说，如果应用量子力学来阐释其运动规律，那就是可能会出现在核外电子空间的任意一个位置，据此科学家们提出了原子“电子云”模型。
因此，我们不能用一个现实生活中的球体，将球体的外壳来等同于原子核外的电子壳层，这个电子壳层即是“虚空”的，同时电子也是可以随时来填充到每个位置点的状态。一个原子拥有电子云，并不是说明其外围的电子数量非常多，而代表的是电子在每个位置出现的概率都是一样的，在每一个时刻都是捉摸不定的。
在思想实验中，我们先来看看将一个原子核放大到篮球球场那么大，它到底放大了多少倍？如果我们将篮球场的长、宽都确定为15米的级别，这个数值就是放大后的原子核直径尺寸，原子核因此放大了1.5亿亿倍，整个原子的尺寸也会相应扩大这么多倍，其覆盖面积将达到上百万平方公里，不过在这么大的区域范围内，原子核也仅有篮球场那么大，其质量一样也是占据到了整个原子总质量的99%以上。
需要说明的是，在微观层面，维系原子稳定存在的作用力，主要集中在强核力和弱核力，而且这个力是非常巨大的，要冲破原子核，需要强大的能量输入，比如用高能量的粒子加速器轰击原子核，就可以击碎原子核，破坏其内部的强核力和弱核力作用，从而实现将质子与中子分离的目的。而如果将原子核整体放大到篮球场这么样的级别，那么在宏观尺度，原子之间的强核力与弱核力就会失效，从而表现出作用力效果非常小的万有引力与电磁力作用，所引发的后果也将是原子核的瞬间崩塌，你还没来得及拿工具去挖凿，原子核就不存在了。
当然，以现有的技术，是无法使原子核放大到那么大的，因为要想破坏原子核内部强核力与弱核力，所需要的能量非常之巨大，而且原子的密度会大幅度下降，“膨胀”后的原子实质上也不是原子了。
那么，假如我们完全抛开原子核膨胀的可能性和可行性，在思想实验中就将其密度不变、核力不变的情况，硬生生、毫无道理地将其等比例放大到篮球场这么大，我们能不能拿工具进行挖凿呢？当然也不行。
因为无论你拿什么工具来刮，工具本身也是由无数原子所构成，当工具中的原子与要刮的原子相靠近，原子核之外的电子云，就会发生同性电荷的相互排斥现象，距离越近，这种排斥力就越强，达到一定的接近程度后，原子就不能再互相靠近了，除非外部给予极大的压力，比如达到白矮星内部的压力，就可以实现将原子核外的电子壳层“打破”；达到中子星内部的压力，才可以将核外电子压进原子核，实现原子核的相互靠近，这个级别的压力，即每平方厘米上千亿吨，才能真正触碰到原子核，显然这种力道，绝非人力所能及。
综上，应用人力的方式，想要从原子核中刮点边角料，或者用蛮力获取原子中的电子（化学反应除外），都是极不现实的，所需要的能量非常大。当然，应用高温、高压、强力碰撞等方式，比如核聚变、粒子加速器等方式，我们还是可以深入了解到原子核内部的构造的，只不过这种方式，与“刮凿挖”原子核获取“边角料”是两码事。
举报/反馈
0
0
收藏
分享
