在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人們都認(rèn)為原子是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒，直到19世紀(jì)末，人們才開(kāi)始意識(shí)到原子也有內(nèi)部構(gòu)造，它們由原子核和電子構(gòu)成，而隨著研究的深入，人們更是驚訝地發(fā)現(xiàn)，原子內(nèi)部其實(shí)是很空曠的，可以說(shuō)原子內(nèi)有99.9999%以上都是空的。
為了方便理解原子的空曠程度，我們不妨來(lái)看一個(gè)具體的例子，我們知道，氫原子是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的原子，它的原子核其實(shí)就是一個(gè)質(zhì)子，在它的核外空間中，只有一個(gè)電子在圍繞著原子核運(yùn)行。
測(cè)量數(shù)據(jù)表明，一個(gè)處于基態(tài)的氫原子的半徑約為0.528乘以10的負(fù)10次方米，而質(zhì)子的半徑為0.833乘以10的負(fù)15次方米，簡(jiǎn)單計(jì)算可知，其原子半徑是原子核半徑的大約63385倍，至于電子的半徑，目前暫時(shí)沒(méi)有具體的測(cè)量值，但可以確定的是，電子的半徑不會(huì)超過(guò)10的負(fù)16次方米。
也就是說(shuō)，假如我們把一個(gè)處于基態(tài)的氫原子的半徑放大成500米，那么按照同樣的比例放大之后，其原子核的半徑也僅為大約0.79厘米，這與我們常見(jiàn)的玻璃彈珠差不多，而電子的半徑在放大之后，卻最多只有1毫米。
據(jù)此我們可以清楚地看到原子的內(nèi)部有多空曠，那么在原子內(nèi)部的空間里，除了原子核和電子之外，還存在著什么呢？或許有人會(huì)認(rèn)為，那里存在著空氣，但實(shí)際情況卻并非如此，要知道從微觀層面來(lái)看，空氣本身就是一大堆的原子，并且這些原子中的絕大部分還結(jié)合成了氣體分子，顯而易見(jiàn)的是，我們不可能把一個(gè)原子塞進(jìn)另一個(gè)原子里面去，所以原子內(nèi)部是不可能存在空氣的。
既然如此，那除了原子核和電子之外，原子內(nèi)部的空間就是絕對(duì)真空嗎？答案是否定的，下面我們就來(lái)簡(jiǎn)單了解一下，那里存在著什么。
一、光子
正如我們所知，原子核帶正電荷，電子則帶負(fù)電荷，這兩者之間的電磁相互作用是原子維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要因素，那原子核和電子之間的電磁相互作用是通過(guò)什么途徑來(lái)傳遞的呢？答案就是光子，根據(jù)粒子物理學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)模型，光子正是電磁相互作用的“媒介粒子”。
另一方面來(lái)講，當(dāng)原子中的電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)，也有一個(gè)釋放光子的過(guò)程，因此可以說(shuō)，在原子內(nèi)部的空間里是有光子存在的。
二、中微子
中微子是一種極為微小的基本粒子，它們的質(zhì)量和體積比電子還要小得多，所以引力對(duì)中微子可以忽略不計(jì)，更重要的是，中微子不會(huì)參與電磁相互作用和強(qiáng)相互作用，而只會(huì)參與弱相互作用，要知道弱相互作用是發(fā)生在原子核內(nèi)的夸克層面上的，而中微子一頭撞上原子核的概率微乎其微，因此在絕大多數(shù)的時(shí)候，中微子都可以在原子內(nèi)部的空間中直接穿過(guò)。
宇宙中的那些恒星，隨時(shí)都會(huì)產(chǎn)生數(shù)量極為龐大的中微子，比如說(shuō)太陽(yáng)每秒鐘產(chǎn)生的中微子，其數(shù)量級(jí)就高達(dá)10的38次方，以至于地球上每平方厘米的面積，每秒鐘通過(guò)的中微子數(shù)量級(jí)可以高達(dá)10的10次方，據(jù)此我們不難推測(cè)出，在原子的內(nèi)部，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)中微子的“身影”。
三、原子核衰變產(chǎn)生的各種粒子
宇宙萬(wàn)物都會(huì)自發(fā)地趨向于最穩(wěn)定的狀態(tài)，原子核也不例外，所以當(dāng)一個(gè)原子核處于不太穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，它就有可能會(huì)發(fā)生衰變，進(jìn)而向更穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，在此過(guò)程中，原子核就會(huì)釋放出多種粒子。
比如說(shuō)當(dāng)原子核發(fā)生α衰變時(shí)，會(huì)釋放出一個(gè)由兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子組成的α粒子（也就是氦-4原子核），而當(dāng)原子核發(fā)生β衰變（或正β衰變）時(shí)，會(huì)釋放出電子（或正電子）、同時(shí)還會(huì)釋放出中微子，而這些粒子就會(huì)在原子內(nèi)部的空間中短暫地存在。
四、希格斯場(chǎng)
上世紀(jì)60年代，物理學(xué)家彼得.希格斯（Peter Higgs）提出理論稱，宇宙中有一種無(wú)處不在的場(chǎng)，其作用是給所有的基本粒子賦予質(zhì)量，我們可以簡(jiǎn)單地將其理解為，這種場(chǎng)就像是一種無(wú)形的液體，當(dāng)基本粒子在其中運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可能會(huì)受到它的“阻力”，而這種“阻力”的大小其實(shí)就是我們所說(shuō)的質(zhì)量。
希格斯提出的這種場(chǎng)就被稱為希格斯場(chǎng)，他認(rèn)為不同的基本粒子與希格斯場(chǎng)的相互作用強(qiáng)度各不相同，因此它們的質(zhì)量也不同，而有些基本粒子不會(huì)與希格斯場(chǎng)相互作用，所以它們的質(zhì)量（準(zhǔn)確地說(shuō)是靜質(zhì)量）就為零，比如說(shuō)光子。
2013年，歐洲核子研究組織（CERN）證實(shí)了希格斯場(chǎng)是真實(shí)存在的。所以顯而易見(jiàn)的是，電子是有質(zhì)量的基本粒子，而構(gòu)成原子核的中子和質(zhì)子的夸克，也是有質(zhì)量的基本粒子，因此在原子內(nèi)部的空間中，當(dāng)然也存在著希格斯場(chǎng)。
五、引力子
引力、電磁力以及強(qiáng)、弱相互作用力，并稱為宇宙中的四大基本力，在它們之中，有三種基本力的“媒介粒子”已被科學(xué)家確定，即電磁力通過(guò)光子傳遞，強(qiáng)相互作用力通過(guò)膠子傳遞，弱相互作用力通過(guò)W±玻色子和Z玻色子傳遞，所以科學(xué)家推測(cè)，引力也應(yīng)該是由一種“媒介粒子”來(lái)傳遞的，而這種假想中的粒子就被稱為引力子。
據(jù)此我們也可以做這樣一種推測(cè)：原子核和電子都是有質(zhì)量的，而只要有質(zhì)量，就可以產(chǎn)生引力，所以原子核和電子之間是有引力的，盡管這種引力微小到可以忽略不計(jì)，但它們確實(shí)是存在的，因此可以說(shuō)，如果引力子真的存在，那在原子內(nèi)部的空間里，也有它們的“身影”。
小結(jié)
綜上所述，我們可以看到，盡管原子內(nèi)有99.9999%以上都是空的，但那里并不是絕對(duì)真空。就目前的情況來(lái)看，我們?nèi)祟悓?duì)原子內(nèi)部的微觀世界了解得并不算多，期待在未來(lái)日子里，科學(xué)家能夠發(fā)現(xiàn)原子內(nèi)部更多的秘密。
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