問伙伴們一個問題：原子長什么樣？

這個問題看似簡單，其實一點也不簡單。在很多人的固有印象里，原子結(jié)構(gòu)很簡單，就是由原子核和核外電子組成的，電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)，就像地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)那樣。

當(dāng)然，也會有小伙伴說，原子核和電子的關(guān)系，并不像地球和太陽的關(guān)系那樣，因為電子具有不同的能級軌道，是一層一層的，電子可以在不同的能級之間發(fā)生躍遷，從而吸收或者釋放光子。

網(wǎng)絡(luò)上也有很多示意圖，描述原子結(jié)構(gòu)，以上兩種描述方式都有。實際上，上述兩種描述方式也不能說不對，只是以一種通俗的方式告訴我們原子的結(jié)構(gòu)。

實際上，原子本身是很小的，而原子核和電子就更小了。到底有多??？

如果我們把原子放大到體育場那么大，你認為原子核和電子有多大呢？說出來可能你都不敢相信。

原子核只有一顆綠豆那么大，而電子更是只有一?；覊m的大小，甚至還沒有那么大。

也就是說，按照真實比例，我們很難把原子內(nèi)部的原子核和電子描述出來，尤其是電子，在圖片上或許只有一個像素的大小。

那么，既然原子核和電子都這么小，除了原子核和電子之外的廣闊空間，到底是什么呢？是真空還是存在著某些神秘的東西呢？

讓我們先來詳細分析原子的結(jié)構(gòu)組成。

原子一度被認為是不可分割的基本粒子，直徑只有大約一百萬分之一毫米，原子的尺寸遠小于可見光的波長，因此我們并不能用光學(xué)顯微鏡看到原子，哪怕再先進的光學(xué)顯微鏡都不行，這與光學(xué)顯微鏡的精度無關(guān)，是由可見光的波長和原子尺度決定的。

要想“觀察”到原子表面情況，需要用到掃描隧道電子顯微鏡才行。

但即便如此，我們也看不到原子中間的原子核，為什么？因為即使光子遠比電子更小，但仍舊無法穿越電子形成的屏障。而且光子在穿越電子屏障時，下場只有兩種：要么被電子吸收，要么被電子形成的電場屏障屏蔽。結(jié)果就是：絕大多數(shù)光子都到達不了原子核。

不過中子和中微子可以穿過原子核，因為它們都是中性電荷，不會與原子內(nèi)部的電磁場發(fā)生作用。

其實原子核能形成強大的磁場，有些原子核表面的磁場強度甚至與中子星表面媲美，只不過作用范圍很有限，只會對附近的電子起作用。

那么電子呢？電子到底長什么樣？

很多人的固有印象里，電子就是一顆實體小球，就像玻璃球那樣。實際上我們并不知道電子的形成，因為我們完全無法準確看到電子。

物理學(xué)上認為，電子是一個極其微小的球體，質(zhì)量非常小，只有10的負30次方千克。由于質(zhì)量非常小，電子以非常接近光速的速度運行。

由于電子的尺度非常小，我們很難用經(jīng)典物理學(xué)描述電子的行為，只能用量子力學(xué)。說白了，很多時候電子并不會表現(xiàn)出粒子性，而是波動性。

量子力學(xué)認為，電子其實并不是一個小球，而是一團“云霧”，所謂的“電子云”。真實的情況是，電子在某個層級軌道上可以同時出現(xiàn)在兩個不同的地方。

這種特性讓我們很難理解，但這就是量子力學(xué)所表達的真實情況。通俗理解就是，電子不是粒子，而是波，波動性意味著電子在原子核外無處不在，原子核外面不但不是真空，而是充滿了電子。

但現(xiàn)實并非如此簡單，因為電子和原子核之間時刻都在發(fā)生著相互作用，其中包括電磁作用和弱力作用。

在電磁作用下，電子與質(zhì)子之間會不斷交換光子。而在弱力作用下，電子與中子會不斷交換玻色子。因此，我們也可以這么講，電子與原子核之間，其實也充滿了電磁力和弱力！

經(jīng)典物理學(xué)告訴我們，電子是粒子。但由于電子尺度很小，根本無法用經(jīng)典物理學(xué)準確描述，需要用量子物理去理解。

在量子物理體系下，電子具有波粒二象性，其實更多的表現(xiàn)為波的特性，電子完全沒有特定位置，我們只能描述電子在某個時間某個位置出現(xiàn)的概率。理論上電子可能出現(xiàn)在原子核附近，但也可能出現(xiàn)在銀河系的邊緣， 只不過是概率大小的問題。大概率會出現(xiàn)在原子核附近，而出現(xiàn)在銀河系邊緣的概率幾乎為零。

除了電子之外，原子核外圍的廣闊空間里，還可能有各種宇宙射線，比如說X射線，伽馬射線，中微子等，但它們都像是“匆匆過客”，并不會在電子內(nèi)部待太長時間，基本上都是一閃而過罷了。

另外，大自然并不允許絕對真空的存在。在真空的環(huán)境里，會隨機上演量子漲落，衍生出各種虛粒子對，然后瞬間消失，就像沸騰的海洋那樣，此起彼伏，非常熱鬧，甚至比現(xiàn)實世界更加熱鬧！

完。