原子怎么会97%是空的呢?难道一切不是由“某物”构成的吗?

时间:2020-06-15 11:04:26   作者:
这是在科学琐事中传播的最大的科学神话之一。原子不是97%,99%或99.999..%是空的。

当你听说原子的99%是空的,你有没有费心去问那1%是什么?

电子,夸克(组成质子和中子),光子,中微子等等,所有的粒子都是零空间维度的。它们是空间中无穷小的点,是场的源。

那么是什么赋予了物体大小和形状呢?

当人们说一个原子99%是空的那1%是多少?

要回答这些问题,我们必须回到卢瑟福黄金散射实验。

原子有带正电荷的原子核和带相同负电荷的电子。它有多“空”取决于你用什么“相机”来拍摄它们。

卢瑟福散射实验是研究原子的早期实验之一。一束阿尔法粒子入射到金箔上。粒子被电子云吸引,又被原子核散射,因为同种电荷相斥。因为原子核只有比尺的1000分之一,而原子间的距离是十分之一纳米,散射的概率非常低。所以原子看起来是空的。它是空的,除了原子核的横截面时,阿尔法粒子看小于1%。这就是99.9%的空洞神话的来源。

当你用x射线波长成像时,你或多或少会看到同样的效果,因为x射线在与其波长相当的物体上衍射,原子核可以与其波长相当,但不是整个原子。x射线不与电子相互作用。中子也有类似的情况。

这是x射线衍射图:

原子怎么会97%是空的呢?难道一切不是由“某物”构成的吗?

观察白色背景周围的小黑点。当x射线从细胞核中散射时,这些是细胞核的阴影。

原子看起来是空的,不是吗?

现在,当我们用和电子相互作用的物体重复这个实验时会发生什么呢?电子相互抵消,所以当一个成像电子撞击电子云时,它会被散射。

这是一张透射电子显微镜的图像。

原子怎么会97%是空的呢?难道一切不是由“某物”构成的吗?

原子现在看起来不那么空虚了,是吗?

现在让我们试试更大的。就像整个原子。我们用其他原子来成像原子。超锋利的尖端“感觉”材料的表面。它的灵敏度足以成像单个原子。原子力显微镜图像是这样的:

原子怎么会97%是空的呢?难道一切不是由“某物”构成的吗?

它们看起来一点也不空洞。

希望对于这个答案的读者,关于原子是空的那99.999%的神话已经被消灭了。

从这个答案中产生了大量的误解。你可以从那些不知道自己在说什么的人的疯狂评论中看到这一点。

冒着进一步误解的危险,让我作一个类比,试图使这一点清楚。

你用眼睛看世界。人类的眼睛工作在“看得见[对人类]”的电磁辐射波长范围内。然而,其他动物可以看到EM光谱的其他范围,例如,许多鸟类看到紫外线,某些爬行动物,如蛇看到红外线。有些则完全不使用电磁波,比如蝙蝠、海豚和鲸鱼使用声纳(压力电波)。

所有这些动物看到同一件物品的方式却完全不同。这是因为,所有物质对成像粒子的反应都是不同的。例如,某些眼镜能吸收红外线辐射,但能传输“可见”波长,所以对人来说这种玻璃是透明的,但对蛇来说,它就像金属一样不透明。鸟类可能会在表面上看到不同的纹理,而人类则不会,因为它们能看到紫外线光谱。对蝙蝠来说,声音透明的织物是看不见的,而人类和鸟类却能看到它们。

蛇,鸟,蝙蝠,人类看到的都是正确的。但错误的是,仅仅因为你看不见就认为某个东西不存在或“空”。你有没有因为看不见而撞到一个非常透明的玻璃上?那些玻璃制造商做的广告?

这就是上面的三幅图像,x射线衍射,透射电子和原子力显微镜所显示的,同一物体的图像,原子,就像蛇,蝙蝠,鸟和人的眼睛所看到的一样。

关于99.99999%的空原子的神话来自于只用一只眼睛看事物。把蝙蝠、鸟和人看到的东西推开。这就是为什么它是一个神话。
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