原子核由什么组成？原子核与电子之间有什么？是真空吗？

原子是什么样子的？

这似乎是个很傻的问题，因为只要一提到原子，很多人就会知道原子是由原子核和原子核外的电子组成的。 电子围绕原子核高速旋转，如下图所示。

传统原子像

也有朋友说这样画原子是不对的。 原子核周围的电子有不同的轨道，逐层排列。 例如，镭原子应如下所示绘制。

镭原子电子轨道图

这是正确的绘制方法吗？

你不能说它是错的，因为在我们的常识里，原子就是这样，全世界的中学课本都是这样讲的，说明了原子的组成原理。

然而，事实上，不仅原子本身非常小，而且原子中的原子核和电子也小到看不见。 我经常用体育场打个比方：当我们把一个氢原子放大到一个大体育场那么大时，原子核只是场中央的一颗绿豆，那么电子呢？ 它可能只是最外面的看台座位上的一粒灰尘。

原子内部很“空”

看起来原子很“空”，对吧？

那么问题来了，原子核和电子之间那“巨大”的空间里到底有什么？ 是所谓的“真空”，还是充满了某种神秘的东西？ 要弄清楚这些问题，还得从原子本身说起。

原子结构

原子是构成世界万物的基本粒子。 它们非常小，大小只有十分之一纳米左右，也就是百万分之一毫米左右。 由于它的尺寸远小于可见光的波长，我们无法用任何光学显微镜观察到它。 直到扫描隧道电子显微镜的出现，人们才能够间接地“观察”单个原子的表面。

扫描隧道电子显微镜观察硅表面原子

我们能看到原子中间的原子核吗？ 才不是。

即使原子核与原子核外的电子之间存在“远距离”，即使光子比电子小（光子没有体积），光子仍然无法通过电子形成的势垒。 由于光子始终表现为电磁波，要么被电子吸收，要么被电子形成的电磁场屏蔽，因此大多数光子无法顺利穿过原子。

中子和中微子可以穿过原子（并且很少撞入原子核）。 它们是带中性电荷的亚原子粒子，因此它们不与原子内部的电磁场相互作用。

原子核表面有很强的磁场。 例如，元素铋的原子核的磁场强度甚至可以与中子星表面的磁场强度相媲美，但其规模却极其微小。 该磁场仅影响围绕原子核移动的电子。

Atom的结构图

电子是什么样子的？

没有人知道电子实际上是什么形状，我们看不到它。 按照传统物理理论，电子是一个极小的球体，非常轻，质量只有9.11×10⁻³¹kg，在一个极小的尺度上以接近光速的速度运动。原子。

但是在原子这么小的尺度上，经典物理理论无法解释很多奇怪的现象，需要借助量子力学。

量子物理学认为电子不是球，而是云。 一个电子可以同时在其轨道上的各个位置。 这虽然让人难以理解，但却是量子力学对电子云的解释：原子核中的质子通过强大的电磁力产生静电场势阱，电子被困在这个势阱中，而电子云就是其中之一。 一个区域； 由于电子具有波粒二象性，在该区域成为不断变化的三维驻波，电子的轨道是空间展开的量子化波函数。

不同的电子轨道

由于围绕原子核的 s 轨道中电子的波函数实际上一直延伸到原子核的表面，这意味着电子在某个点“进入”原子核。 从这个意义上说，电子和原子核之间的空间并不是真的“空”，而是充满了电子。

同时，电子与原子核的质子或中子之间不断发生相互作用，包括电磁力和弱力。 在量子场论中，电子会在电磁力作用下不断地与质子交换光子，在弱作用力下会不断地与中子交换光子。 因此，我们也可以说电子和原子核之间的空间被这些力“填满”了。

电子云充满了原子核周围的空间

现在，让我们回到本文最初的关注点：

原子核周围是什么？

有电子。

从经典物理学的角度来看，电子是围绕原子核运行的粒子； 电子的运动形成电磁场，排斥其他原子表面的电磁场，从而使原子保持分离。 我们可以说，在原子核和电子之间存在着真正的“间隙”。

从量子物理学的角度来看，电子既是量子粒子又是波。 他们没有具体立场。 所有存在都是粒子在任何给定时间的位置概率的集合。 它分布在原子核周围，形成“云”，近到原子核本身，远到银河系的另一边。 电子云是环绕原子核的“固体”概率云，因此原子核周围没有“间隙”。

原子

除了电子产品还有哪些？

除了电子产品，一切都过去了。 无论是伽马射线光子、一些X射线光子、中微子还是极少数的自由中子，它们都只是一闪而过，不会在原子内部空间长期停留。

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