原子内有99.9999%以上都是空的，那里存在着什么？是绝对真空吗？

来源：魅力科学君
时间：2023-08-20 14:15:22

在过去的很长一段时间里，人们都认为原子是构成物质的最小微粒，直到19世纪末，人们才开始意识到原子也有内部构造，它们由原子核和电子构成，而随着研究的深入，人们更是惊讶地发现，原子内部其实是很空旷的，可以说原子内有99.9999%以上都是空的。

为了方便理解原子的空旷程度，我们不妨来看一个具体的例子，我们知道，氢原子是结构最简单的原子，它的原子核其实就是一个质子，在它的核外空间中，只有一个电子在围绕着原子核运行。

测量数据表明，一个处于基态的氢原子的半径约为0.528乘以10的负10次方米，而质子的半径为0.833乘以10的负15次方米，简单计算可知，其原子半径是原子核半径的大约63385倍，至于电子的半径，目前暂时没有具体的测量值，但可以确定的是，电子的半径不会超过10的负16次方米。

(资料图)

也就是说，假如我们把一个处于基态的氢原子的半径放大成500米，那么按照同样的比例放大之后，其原子核的半径也仅为大约0.79厘米，这与我们常见的玻璃弹珠差不多，而电子的半径在放大之后，却最多只有1毫米。

据此我们可以清楚地看到原子的内部有多空旷，那么在原子内部的空间里，除了原子核和电子之外，还存在着什么呢？或许有人会认为，那里存在着空气，但实际情况却并非如此，要知道从微观层面来看，空气本身就是一大堆的原子，并且这些原子中的绝大部分还结合成了气体分子，显而易见的是，我们不可能把一个原子塞进另一个原子里面去，所以原子内部是不可能存在空气的。

既然如此，那除了原子核和电子之外，原子内部的空间就是绝对真空吗？答案是否定的，下面我们就来简单了解一下，那里存在着什么。

一、光子

正如我们所知，原子核带正电荷，电子则带负电荷，这两者之间的电磁相互作用是原子维持结构稳定的重要因素，那原子核和电子之间的电磁相互作用是通过什么途径来传递的呢？答案就是光子，根据粒子物理学中的标准模型，光子正是电磁相互作用的“媒介粒子”。

另一方面来讲，当原子中的电子从高能级跃迁到低能级时，也有一个释放光子的过程，因此可以说，在原子内部的空间里是有光子存在的。

二、中微子

中微子是一种极为微小的基本粒子，它们的质量和体积比电子还要小得多，所以引力对中微子可以忽略不计，更重要的是，中微子不会参与电磁相互作用和强相互作用，而只会参与弱相互作用，要知道弱相互作用是发生在原子核内的夸克层面上的，而中微子一头撞上原子核的概率微乎其微，因此在绝大多数的时候，中微子都可以在原子内部的空间中直接穿过。

宇宙中的那些恒星，随时都会产生数量极为庞大的中微子，比如说太阳每秒钟产生的中微子，其数量级就高达10的38次方，以至于地球上每平方厘米的面积，每秒钟通过的中微子数量级可以高达10的10次方，据此我们不难推测出，在原子的内部，经常会出现中微子的“身影”。

三、原子核衰变产生的各种粒子

宇宙万物都会自发地趋向于最稳定的状态，原子核也不例外，所以当一个原子核处于不太稳定的状态时，它就有可能会发生衰变，进而向更稳定的状态转变，在此过程中，原子核就会释放出多种粒子。

比如说当原子核发生α衰变时，会释放出一个由两个中子和两个质子组成的α粒子（也就是氦-4原子核），而当原子核发生β衰变（或正β衰变）时，会释放出电子（或正电子）、同时还会释放出中微子，而这些粒子就会在原子内部的空间中短暂地存在。

四、希格斯场

上世纪60年代，物理学家彼得.希格斯（Peter Higgs）提出理论称，宇宙中有一种无处不在的场，其作用是给所有的基本粒子赋予质量，我们可以简单地将其理解为，这种场就像是一种无形的液体，当基本粒子在其中运动时，就可能会受到它的“阻力”，而这种“阻力”的大小其实就是我们所说的质量。

希格斯提出的这种场就被称为希格斯场，他认为不同的基本粒子与希格斯场的相互作用强度各不相同，因此它们的质量也不同，而有些基本粒子不会与希格斯场相互作用，所以它们的质量（准确地说是静质量）就为零，比如说光子。

2013年，欧洲核子研究组织（CERN）证实了希格斯场是真实存在的。所以显而易见的是，电子是有质量的基本粒子，而构成原子核的中子和质子的夸克，也是有质量的基本粒子，因此在原子内部的空间中，当然也存在着希格斯场。

五、引力子

引力、电磁力以及强、弱相互作用力，并称为宇宙中的四大基本力，在它们之中，有三种基本力的“媒介粒子”已被科学家确定，即电磁力通过光子传递，强相互作用力通过胶子传递，弱相互作用力通过W±玻色子和Z玻色子传递，所以科学家推测，引力也应该是由一种“媒介粒子”来传递的，而这种假想中的粒子就被称为引力子。

据此我们也可以做这样一种推测：原子核和电子都是有质量的，而只要有质量，就可以产生引力，所以原子核和电子之间是有引力的，尽管这种引力微小到可以忽略不计，但它们确实是存在的，因此可以说，如果引力子真的存在，那在原子内部的空间里，也有它们的“身影”。

小结

综上所述，我们可以看到，尽管原子内有99.9999%以上都是空的，但那里并不是绝对真空。就目前的情况来看，我们人类对原子内部的微观世界了解得并不算多，期待在未来日子里，科学家能够发现原子内部更多的秘密。

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