原子有多小?難以想像,不可置信

2020-12-27 天文在線

原子真的是小的荒謬又難以置信一個人的頭髮大約是50萬個碳原子迭起來那麼厚,看看你的拳頭,它包含著好幾兆個原子,如果一個原子的大小跟一顆彈珠一樣,那你的拳頭將會有多大呢?呃……相當於地球的大小。嗯……還是很難想像嗎?

圖解:道爾頓《化學哲學新體系》一書中描述的各種原子和分子。1808年

讓我們嘗試一些不同的東西,看著你的小拇指想像一下:它就跟你正坐在裡面的那個房間一樣大,而房間裡充滿著米粒,其中一粒米代表你小拇指的一個細胞,現在讓我們放大那粒米,一個細胞就跟你正坐在裡面的那個房間一樣大,我們再次的填滿飯粒,這次差不多是一個蛋白質的大小,讓我們以沙子塞滿米粒之間的空隙,原子大概就是這麼渺小。

圖解:氫原子的玻爾模型,展示了一個電子在兩個固定軌道之間躍遷並釋放出一個特定頻率的光子。

原子是由什麼構成的?

讓我們假裝一分鐘的時間原子看起來像這樣,以便更容易理解,原子包括三種基本粒子:中子,質子和電子。質子和中子結合在一起,構成原子的核心,受到強烈的相互作用(在宇宙裡四種基本力的其中一種)而在一起,它們是由夸克構成並由膠子結合在一起。

沒有人確切地知道夸克有多小,就像幾何試著把他們當作是零維,我們猜想,夸克和電子是物質在宇宙中最根本的構件,電子圍繞著原子核轉。他們在裡面行徑的速度約每秒2200公裡,速度快到可以18秒繞完地球一圈。就像夸克,我們認為電子是一種基本粒子。

99.999999999999%的原子體積是空的……其餘的都不是原子,我們覺得空虛,那其實是用來填充量子波動的空間潛在能量的領域、建造和自然的瓦解這些波動的根本,對帶電粒子如何相互作用有所影響。但是,這是其他文章的話題。

有多少空間是原子核和電子真正佔去的?如果你去除所有原子核之間的空隙,帝國大廈會變成米粒般的大小,人體所有的原子大約是一茶匙,在某些極端物體中,這種狀態實際上是存在的。在一顆中子星中,原子核被壓得很緊以至於很密集,照這樣子的話,三個太陽連起來的長度只有幾公裡。

對了,原子長什麼樣子?好吧,有點像這樣,電子就像一個波函數還有一個粒子同時存在,我們可以計算出在任何時間內電子可能出現的地方。這些概率雲,被稱為軌道,有大約95%的確定性為電子的著落處。

圖解:一個質譜儀的簡易原理圖

找到一個電子的概率接近0要進一步我們必須擺脫原子核,但它實際上不會永遠是0,這意味著,從理論上講,原子中的電子可能在宇宙的另一邊。好吧,等一下這些奇怪的東西組成所有在宇宙中的物質。對於幾十種已知的元素,你並不需要用幾十種粒子來表示,只需要三個:拿一個質子和一個電子,你得到了氫,添加一個質子和一個中子,你得到了氦氣,再加一點,你得到碳,再多一些,就是氟,加更多——金,以此類推……

每一個元素的原子是相同的,例如:所有的氫原子在宇宙中是相同的在你身體裡的氫同樣也是在太陽的氫你現在會覺得困惑嗎?我們肯定是的!在我們的世界上,宇宙的這個尺度上沒有什麼意義,而我們甚至還沒有開始談量子力學和粒子動物園,這更加奇怪!從我們最初的設想到現在,原子模型已經改變了許多次,而現在的模型肯定不會是最後一個。因此,讓我們支持的科學家和研究,並等待下一波關於我們這個陌生的世界的新的信息。

相關知識

原子是元素能保持其化學性質的最小單位。一個正原子包含有一個緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。而負原子的原子核帶負電,周圍的負電子帶「正電」。正原子的原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。

圖解:氦原子基態

負原子原子核中的反質子帶負電,從而使負原子的原子核帶負電。當質子數與電子數相同時,這個原子就是電中性的;否則,就是帶有正電荷或者負電荷的離子。根據質子和中子數量的不同,原子的類型也不同:質子數決定了該原子屬於哪一種元素,而中子數則確定了該原子是此元素的哪一個同位素。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. Amara- Kurzgesagt – In a Nutshell

如有相關內容侵權,請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權,並注意保持完整性和註明出處

相關焦點

  • TED科普:原子究竟有多小?
    但我打賭,你從未想過它究竟有多小。Well, the answer is that they are really, really small.答案是,它們非常非常非常小。So you ask, just how small are atoms?你提出問題了,到底原子有多小呢?
  • 不可置信?不關痛癢?
    也有人說三位一體教義不可置信——因為不可理解。阿他那修信經(Athanasian Creed ,C.AD 500)論到「三位一體」說:「.父是神,子是神,聖靈是神,卻非三神,乃是一神。」三位不混不亂、不分不散,有父、有子、有聖靈。父是神、子是神、聖靈是神,卻非三神,乃是一神。不可置信?有人認為三位一體教義不可置信,因為這教義不可理解。阿他那修信經也這樣說:「聖父深不可測,聖子深不可測,聖靈深不可測,.非三位深不可測之神.乃一位深不可測之神。」
  • 「置信區間」是什麼?(修訂版)
    為了理解「信心」的高度與「置信區間」的寬度成反比,我們還可以設計一個「撒網捕魚」思想實驗。這個思想實驗的步數比較多,但每一步都簡單。 (1)我們把總體參數比作一條「真魚」,進而假定「真魚」分黑白二色,有重量。真魚可能是無色無重的「空魚」,即「總體參數是0或不顯著地有別於0」。「真魚」可能是條「白魚」,即「總體參數顯著地有別於0」並且是負數。
  • 原子,沒有最小,只有更小,甚至可以總結人類知道的所有知識
    你能想像只有千萬分之一毫米大小的原子構成了我們身邊的萬物嗎?你能想像你身體裡的一切都是無數原子的有序組合嗎?你的身體是原子,你吃的食物是原子,你代謝的廢物也是原子……  等等,我覺得有必要解釋一下千萬分之一毫米的概念。一個原子和一個桌球的大小對比,就如同一個玻璃球和地球比較一樣。你現在吃驚了嗎?其實不光是你,科學家在知道這一切時,驚訝程度並不亞於你。  正是因為原子如此之小,人類對原子的認識前後歷經了幾千年,迄今為止可分為三個階段,而且以後還將繼續。
  • 一滴水中有五千億億個原子,如何破壞這麼小的東西?其實很輕鬆
    原子有多小?實際上很超乎人們的想像,一滴水中就大約有5×10的21次方個原子,也就是約有5000億億個原子,這麼小的東西,我們有辦法分解破壞它嗎?這說起來雖然是不太容易的事情,但人類科技發展到今天,已初步洞察微觀世界的奧秘,並且已經可以控制和幹預原子以及一些基本粒子的狀態和性質。
  • 原子有多大?原子的形狀是怎樣的?
    首先,原子的大小肯定是不一樣的。其次,原子的大小取決於如何定義原子半徑,這並非一個確切的物理量。原子的組成分為原子核以及核外電子。原子核由質子和中子通過強核力結合在一起(組成質子和中子的夸克也是受到強核力的束縛),質子和中子數越多,原子核也就越大,這樣原子核外的電子層數以及所容納的電子數也會越多。那麼,作為原子的最外圍,電子的邊界即為原子的邊界。由於電子的範圍要比原子核大得多,所以電子的邊界範圍大小就決定著原子的大小。
  • 原子的組成是什麼,原子的結構怎樣運作,原子怎樣組成物質?
    原子序數所有的物質都由原子組成。一個原子有一個由質子和中子組成並且被零或多個電子環繞的核心。為了把原子分類,我們需要知道它有多少質子、中子以及電子。原子的質子數決定了它是哪種元素。例如氧原子總是有8個質子。碳原子總是有6個質子。金原子總有79個質子。
  • 原子中的這些「真空區」是由什麼組成的?
    既然大多數原子都是氫原子,那我們就從氫原子開始說起。在氫原子中,一個電子佔據了一個軌道空間,這個軌道空間創造出到達質子的第一道屏障。這個電子是一個體積如此小的點狀粒子,以至於它僅有的作用就是其負電荷能阻擋其他原子的電子。假設質子是個嬰兒,那麼電子就在四公裡之外。
  • 面試真題>初中化學《原子的構成》教學設計
    二、考題解析    【教學過程】    環節一:故事導入    【教師講解】十九世紀末前,原子一直被認為是堅硬不可分割的實心球體。1804年道爾頓已系統地提出了原子學說,他認為原子是構成物質的最小單位。1897年湯姆生發現了電子。
  • 【淺談原子物理】原子的基本狀況之原子質量和大小的測定
    原子,是指在化學反應中不可再分割的微粒。在化學反應中不可再分割,但不代表其本身不可再分割。我們沒有人真正用肉眼看見過原子,因為原子的線度超過了肉眼的最大辨識度。不同原子都有其特定物理結構。原子的核式模型原子質量的測定:經過前人的研究,現在我們知道原子質量的數量級是10∧-27~10∧-25kg。
  • 分子、原子中的電子——從量子力學的角度
    前言:很不幸,這是本人在材料物理課上的大作業…一、電子初印象在中學時期,我對分子、原子、電子這些概念的認知大致就在:分子是保持物質化學性質的最小粒子,原子是化學變化中的最小微粒,原子則有原子核和核外電子構成,並且化學性質跟原子的最外層電子數關係最密切,原子的最外層電子數決定元素的化學性質。
  • N、O雙原子抑制多硫化物穿梭效應隔膜
    Interfaces:N、O雙原子抑制多硫化物穿梭效應隔膜鋰硫電池因高的理論比容量和能量密度而備受關注。但是,在使用過程中,長鏈的多硫化物中間產物(Li2Sx, x= 4, 6, 8)會溶解於電解液當中,從正極材料中脫落下來,穿過多孔的隔膜,到達電池負極,造成活性材料的流失、電極結構坍塌。
  • 原子有著怎樣的真實故事!
    說到原子,我們就得先了解它有多微小。按照科學數據來說呢,它的直徑是0.0000001釐米,10的-7次方釐米。這裡還有幾個例子能代表原子有多微小?蘋果梨有幾個原子,就相當於地球裡能裝多少個蘋果。不過你肯定會說你說了這麼多,我們現在還不知道原子是什麼東西呢?別急,聽我慢慢說。構成化學元素的最小粒子,也是物質進行化學元素的最基本單位。
  • 原子、質子、中子、電子等微觀粒子有壽命嗎?答案顛覆三觀
    如今我們通常認為古希臘是科學的發源地,在古希臘有個學者叫德謨克利特,他提出了著名的原子論,他認為宇宙是由原子和虛空構成的,其中原子的定義就是不可再分的粒子。德謨克利特的「原子」其實我們現在的原子定義已經不一樣了,而且他僅僅是從哲學思辨的角度來詮釋。
  • 初中化學-原子的結構
    古希臘時期,哲學家們曾經對萬物的本質做出思考,受限於當時的科技水平,所以認為物質的最小單位是「沙」,所有的物質都是由非常小的沙粒構成的,他們的觀點與今天的「積木」類似。《西方哲學史》摘錄:原子論學派的創始人是留基伯和德謨克利特(前460-前370),認為原子是物理上不可分的微粒,也就是說,它不可能在物理上被分割成部分,所有的原子在質上是相同的,他們是非常小而緊密的物理單元。
  • 通俗易懂學Python,置信度與置信區間
    常用的點估計方法有如下:用樣本均值估計總體均值用樣本方差估計總體方差用樣本的分位數估計總體分位數用樣本的中位數估計總體中位數以前上學的時候經常會考試,考完試以後老愛去估分,一般人估分不太可能直接估一個具體的數,肯定都是估一個大概的數,啥叫大概的數呢?
  • 中國人有多幸福,美國人說中國人的幸福,是我們難以想像的
    大家去海外旅行的話,其實在我們中國生活很方便,無論是移動的交通工具還是網絡時代的迅速普及, 都方便中國人的生活,中國還處於發展中國家的階段,但生活節奏的速度已經不亞於發達國家了,那麼中國人到底有多幸福呢? 中國又是一個多麼美好的國家啊?
  • 心理學小故事:絕境能激發人心中難以想像的勇氣!
    心理學感悟:絕境能激發人心中難以想像的勇氣,所以很多人的失誤就在於沒有給對手留餘地。【2】無處避難在皇后的宮中有一些秘密地牢,黑暗而且無人知曉,與世隔絕,那裡不分晝夜。然而,那個女人還是從這裡把他拖走,因為對她而言,沒有什麼地方神聖或可怕得不可侵犯,而且她對褻瀆一切聖地都不以為然。教會的神甫像其他人一樣因恐懼而默不作聲,只是站在一旁任她為所欲為。心理學感悟:當一個人的地位足夠高時,就容易產生肆無忌憚的心理。
  • 體重80千克的人價值有多高?微觀原子角度出發,看看你能賣多少錢
    在138.2億年前一個熾熱、緻密、質量無限大、體積無限小難以理解的一個點爆發了,經過漫長時間的加速膨脹,目前可觀測宇宙直徑已經達到了930億光年,而科學家預估不可觀測的宇宙直徑至少23萬億光年。難以想像目前我們所能看到的一切甚至是我們本身而言,都是來自於曾經那個緻密的「小點」,在這個點裡目前人類所有的科學理論都失效了,相對論不管用了、量子力學也退縮了。
  • 靈敏度和特異度的置信區間怎麼算?
    公式法   評價診斷試驗的常用指標主要有靈敏度、特異度、一致率、Youden指數、似然比等,由於靈敏度、特異度、似然比都是率或百分比變量,因此,相應的置信區間可以採用標準的率或百分比的方法來計算。