直觀的說如果一個原子相當一個地球,那麼原子核有多大?

2020-12-03 時空通訊

這種問題是網絡上常有的問題,問這個問題的人實際上是直觀的了解一下原子核與原子的比例到底是個什麼樣子,我們就來討論一下。

原子與原子核大小相差很多,有點像我們太陽系,太陽在中間只佔那麼一小點空間,卻有半徑一光年的巨大引力場(奧爾特云為邊際),而太陽卻佔有整個太陽系質量的99.86%,所以常常有人把原子與太陽系運行打比,認為這個世界從微觀到宏觀都是一樣的。

其實微觀世界的運行與天體宏觀運行規律並不一樣,所適用的作用力也不一樣。

宏觀天體適用萬有引力,在太陽系,所有的天體都在太陽引力作用下,圍繞著太陽公轉;而現代量子力學認為,電子圍繞著原子核運行並不是經典物理學描述的那樣,在不同層級高速旋轉,而是以電子云的形式,概率的出現在環繞著原子核的靜電位勢阱中,具有波粒二象性,質子與電子相互吸引主要適用電磁相互作用力。

但原子核與原子本身所佔有的空間比例差距也是很大的,原子大小直徑約在10^-10米,原子核的直徑為10^-15~10^14米,也就是相差1萬到10萬倍。而太陽系直徑與太陽直徑之比卻相差1300多萬倍。

因此,從大小比例上來說,原子與原子核之比與太陽系還是差了兩到三個數量級的。這樣原子核相當原子體積的萬億到千萬億分之一,而太陽體積卻遠遠達不倒這個比例。但原子核佔據了整個原子質量的99.9%以上,從這一點來看,原子倒也有些太陽系的風範。

關於原子與原子核的比例,已經有過很多討論。什麼黃豆大小、花生米大小五花八門,無非是一道簡單的數學題。現在這個把原子比作地球,原子核有多大呢?這個比例一算就出來了。

原子核直徑約為原子的1萬~10萬分之一,那麼我們取一個中間值,5萬分之一吧。我們地球直徑為12756公裡,如果這個原子有地球這麼大,那麼原子核就相當於一個約255米直徑的球,也就是一個體育場大小的球吧。根據原子或原子核大小差異,這個球直徑也許在128米到1276米之間。

這樣說一下各位對原子與原子核比例的理解是更直觀了,還是更糊塗了?大家覺得有意思嗎?

就是這樣,歡迎大家討論。

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  • 如果把原子比作地球,原子核會有多大?
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  • 如果地球出現一個直徑只有一個原子那麼大的黑洞會怎麼樣?
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  • 粉碎一個原子,比粉碎一個地球更難嗎?
    很有意思的一個話題,原子曾經被認為是物質的最小組成部分,因此在二十世紀初盧瑟福α粒子散射之前,一直認為原子都是物質不可分割的一部分,因在那個時代,還真認為粉碎原子比粉碎地球要困難,但現在不一樣了。原子內部的世界在盧瑟福α粒子散射實驗之前,其實對組成物質的原子已經有部分認識了,因為電子是在原子核之前被發現的,因此科學界認為電子就像棗糕一樣鑲嵌在原子外壁上,而原子就是一個堅固的不可分割的部分,這就是湯姆遜原子棗糕模型的來歷
  • 如果地球有一個硬幣那麼大,那麼太陽有多大?
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    在我們上學期間,我想每個人都應該知道,我們的世界甚至包括我們自己都是由原子構成的,但是,你有沒想過?它們來自哪裡?誰能看到它們?或許,大多數人對原子構建塊的理解並不是那麼清楚。下面,請允許我們用簡明扼要的語言來闡述一下原子吧。
  • 如果把宇宙所有物質的原子核壓縮到一起,將會有多大?
    原子由核外電子和原子核構成,原子核又由中子和質子構成,但是在核外電子與原子核之間,其實有著很大的間隙,正常情況下原子核的體積只佔了整個原子的百萬分之一,同樣原子核中質子和中子之間也存在很大的間隙。宇宙中的可見物質,氫元素和氦元素佔了絕大部分,如果我們考慮宇宙中所有原子都轉變為中子,然後中子一個挨著一個,那麼可以粗略估算,宇宙中所有物質組成的體積為:V=M/ρ=10^36立方米;對應的球體半徑大約是6億公裡(火星軌道半徑是2.3億公裡,木星軌道半徑是
  • 如果被一個時速2.8萬公裡的鐵原子擊中頭部,對人有影響嗎?
    一個原子能有多大呢?據測量,原子的直徑一般在0.1-0.5納米之間,也就是1×10^-10至5×10^-10米,只看數字好像並不直觀,我們舉些例子。100萬個原子排列起來的長度才相當於人的頭髮的直徑,如果將一個蘋果放大到跟地球一樣大,那麼蘋果中的原子就跟原來的蘋果一樣大。一個蘋果與整個地球,這個看似誇張的比較,卻很能說明原子的極其微小。一個蘋果跟地球一樣大的時候,我們人有多大呢?
  • 可觀測宇宙內一共有多少原子?如果把原子核聚集到一起能有多大?
    按照這種假設,如果我們能夠把宇宙中的所有物質中的原子都提取出來,並且將它們之間的空間全部壓縮,一點空隙都不留,呈現出來的物體到底有多大呢?所以,我們只能假設可以將原子核與電子緊緊相連在一起的情形發生,在此基礎上做一些簡單的分析和計算。如果純粹地將原子核與電子進行羅列性地排列,那麼只需要計算出宇宙中有多少個原子,然後估算出原子核和電子壓縮之後所佔的空間大小。
  • 可觀測宇宙內一共有多少原子?如果把原子核聚集到一起能有多大?
    按照這種假設,如果我們能夠把宇宙中的所有物質中的原子都提取出來,並且將它們之間的空間全部壓縮,一點空隙都不留,呈現出來的物體到底有多大呢?當然,我們窮盡所有能力也不可能做出這樣的實驗,宇宙中也不可能給我們創造這樣的條件去實現這樣的結果。
  • 粉碎一個原子比粉碎地球更難嗎?原理上看是原子,事實上卻是地球
    原子內部的世界在盧瑟福α粒子散射實驗之前,其實對組成物質的原子已經有部分認識了,因為電子是在原子核之前被發現的,因此科學界認為電子就像棗糕一樣鑲嵌在原子外壁上,而原子就是一個堅固的不可分割的部分,這就是湯姆遜原子棗糕模型的來歷。
  • 宇宙中所有原子核疊起來有多大?不如太陽系大,但它範圍超過宇宙
    可觀測宇宙大約為930億光年,整個可觀測宇宙大約有10^80個原子,那麼一個個原子核大約有多大呢,這好像是一個問題,因為是原子核堆積在一起?一、原子核堆積在一起的是什麼物質?我們都知道決定元素屬性的是原子,如果是氫原子那麼組成氫元素,如果是鐵原子那麼組成的將是鐵元素!請問是什麼屬性決定了氫原子直接的差異?
  • 捏碎一個原子需要多少能量?
    古希臘時期的德謨克利特認為物質是由最基本的原子組成,當時的原子論以及之後道爾頓的原子論都認為原子是組成物質的最小微粒。既然是最小微粒,意思就是不可分割,不論用多大的力氣或者多大的能量。直到十九世紀末二十世紀初,湯姆生發現電子、貝克勒爾發現放射性,等等發現使人類認識到原子並不是組成物質的最小微粒。現在人們已經認識到,原子是由原子核和核外的電子組成的,原子核又是由質子和中子組成,原子已經不再是之前認為的那樣不可分割。原子既然可以分割,那麼「捏碎」一個原子需要多大的力氣呢?
  • 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。