原子核和電子之間是真空嗎?真空未必真空,它充滿了反物質

2021-01-07 科學認識論

學過中學物理的讀者一定知道原子模型的發展歷史。在一百多年前,大部分的科學家認為原子是由原子核和核外電子構成的。原子核的質量越大,其外圍就會籠絡越多的電子。可是當時的科學家卻認為,電子繞原子核的運動就像是行星繞恆星那樣規矩。這種觀點認為,原子核和電子之間有很大的真空。有人計算過,如果原子核直徑是1米,那麼電子大約就在原子核100公裡開外的位置上運動。形象地比喻,原子核如果是一個在北京的成年人,那麼遠在天津就有一群小屁孩圍繞著他在運動著。原子核和電子之間就留下來了巨大的真空帶。

按照100年前科學家的理解,電子繞原子核是規律地做著圓周運動,這樣才符合牛頓力學。但是科學家隨後還發現,電子會發出電磁波,也就意味著電子在不斷輻射著能量。如果電子規律地繞原子核做圓周運動,那麼就不可能既輻射了能量還不改變其運動軌道。按道理來說,電子輻射了越多的能量,電子軌道就越靠近原子核,直到落到原子核上,但是事實並不是這樣。這個問題困擾了科學家幾十年,直到20世紀初,量子力學的建立才解決了這個問題。

量子力學認為,電子繞原子核運動並不是那麼規律,它們是分立的發射出一份份不連續的能量,從而改變了能級。電子在原子核外的運動沒有確定的規律,原子此刻在A位置,下刻就不知道在哪了。理論上,電子可以出現在空間中的任何一個位置,所以量子力學只能用概率描述電子出現在某一點的機率。

那麼我現在再問你,真空還存在嗎?原子核和電子之間確實存在很大的空間,這種空間在一般人看來就是真空。但是電子詭異的運動,使其真空中隨時有可能再次出現電子。也就是說,誰都不知道真空中在哪一個時刻會蹦出來一個電子,那麼這還是真空嗎?

其實科學家還認為,所謂的真空未必真的空無。真空只是物質間的和諧狀態而已。我們都知道,原子核之所以帶正電是由於質子帶正電,核外電子同時帶負電,而這些粒子都有它們的相反狀態,這也就是反物質。自然界中正常物質的電子只會帶負電,如果有一個帶正電的電子,那麼這個正電子就是電子的反物質。質子帶正電,所以質子的反物質就是負質子。當正常物質和它們的反物質相遇時,大家都會湮滅掉,從而在空間中消失,也就是變成了真空。所以真空也是正常物質和反物質一種和諧狀態,它們相遇就會湮滅。同樣地,在真空中也可以激發出正常物質和反物質。

說到這裡,你或許也就明白了,真空未必是真的空!現在有科學家認為,宇宙大爆炸以前之所以沒有物質,是因為正常物質和反物質全部湮滅了。由於某種原因打破了這種平衡,正反物質才被釋放出來了,於是就有了宇宙大爆炸!但是科學家認為既然宇宙早期正反物質總量可能相等,為什麼現在的宇宙卻是由正常物質主宰著,反物質都去哪了?其實這個問題也是現代物理學的一個難題!

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  • 在原子裡面,原子核和電子之間是絕對真空嗎?為什麼?
    先說答案,在原子裡面電子和原子核之間不是絕對真空。因為宇宙中壓根沒有絕對真空。二,現代科學證明物理概念上的絕對真空不空,裡面充滿了各種粒子,包括虛光子和能量。真空是一個物理現象,指在給定的空間內低於一個大氣壓的氣體狀態。真空是個相對概念,宇宙太空中空間真空度很高,但也不是沒有一點物質,每立方米含一個氫原子或分子。
  • 量子真空零點能:真空不空,負能電子海,從虛空溢出物質粒子
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    20世紀中葉,施溫格、費曼和朝永振一郎分別建立了電子與電磁場相互作用的量子理論——量子電動力學。量子電動力學認為:電子發射出的虛光子可以變成一對虛的正負電子,然後這對虛的正負電子又湮滅重新變成一個虛光子,這個虛過程被稱為真空極化。也就是說,「真空不空」,看似電子處在真空中運動,實質上真空中存在著大量的虛的光子、正負電子對。真空是虛的光子和正負電子對的海洋。
  • 人身體99%都是真空?
    如果以單位體積內粒子數目的多少來衡量真空,人體的粒子數密度尚算比較大。    但如果把微觀粒子視作是經典的實體物質,這些實體佔據的體積與人體總體積的比例,那麼人體幾乎就是「真空」組成。    原子的內部的空間實際非常巨大。
  • 真空不空,為什麼不存在絕對真空呢?
    說到真空,大部分人可能覺得,「真空」就是什麼都沒有,連空氣都沒有那還不是什麼都沒有嗎?隨著科技的發展,人類對真空的理解也是在不斷的變化。γ射線照射,這時候「海」中的負能量電子才被激發到「海面」上,同時海中會出現一個「空洞」,但是這個空洞是相對於原來的負能量的電子海來說,所以這個「空洞」其實並不「空」,它其實是一個帶正電荷的電子,這就是所謂的「正電子」,也叫「反電子」,後來實驗也證實了正電子確實是存在的。
  • 究竟什麼是真空?物理學家狄拉克:真空不是想像中那樣平靜
    一、近代物理對真空理解其實人類很早就開始接觸真空了,最早的真空機械就是抽水泵。根據水泵技師們的發現,這種力的大小正好等於10米水柱的重量,如果超過這一重量就拉不動了。伽利略最早對真空做出解釋,他認為,水泵裡的水柱超過一定的重量時,水泵的活塞就無法繼續拉動水面上升,於是就在活塞和水面之間形成了真空。
  • 真空真的是空的嗎?
    現代人都有「真空」的概念。例如,熱水瓶為什麼能保溫?因為瓶膽的兩層玻璃之間被抽成了「真空」,其中沒有了大氣,便無法進行熱傳導,所以能保溫。使用鎢絲的電燈泡中是「真空」,燈絲缺乏氧氣,才不會被很快地燒盡。歷史上,從古希臘時代開始,「真空」就是一個備受討論的哲學議題,而在現代科技中,「真空」變成了一種有價值的工業工具和技術,用以達到某種實用的目的。
  • 超越核聚變和反物質的「真空零點能」有多強大?
    「真空」是一個物理學概念,這個詞表達的意思是「空無一物」,也就是沒有任何物質的虛無,理論上來說,一片空間中不存在任何粒子的時候,這片空間就處於真空狀態,但是在量子理論問世後,科學家發現宇宙中不存在「絕對真空」,任何一片空間中都在進行著人類觀察不到的「量子漲落」。
  • 「真空零點能」有多強大?超越核聚變和反物質
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  • 真空裡面是空的嗎?這個探測器飛了185億公裡,找到真空內物質
    託裡拆利用水銀完成上述的實驗時,發現了試管的上半部分竟然是空的,沒有裝滿水銀,而這空出來的部分就是真空狀態。在我們很多人的印象中,真空往往就像它的字面意思一般,是真的空空如也。但是實際上,現代科學對於真空的定義,是小於一個大氣壓力下的氣體狀態。就像人類無法達到絕對零度一般,從技術上我們就無法將特定空間中所有的粒子排出。在自然狀態下,只有外太空的世界最接近絕對的真空。
  • 真空不空,真空裡到底有什麼?
    ,經歷了幾次根本的變革和反覆,真正的一波三折。(橙色是物質星辰,藍色纖維狀是暗物質,彌散在其中的是暗能量。)不過近二十年出現的暗物質和暗能量理論某種程度可以看作迪卡爾以太說的捲土重來。1930年,狄拉克提出真空是充滿了負能態的電子海。最後現代量子場論的觀點認為:真空是沒有任何場量子被激發的狀態,或者說真空是量子場系統的基態。
  • 狄拉克之海與真空零點能
    粒子的產生源於場的激發,這些虛粒子的產生,也是從真空中借來了能量,從而導致場被激發出來,然後又在瞬間湮滅,將能量又還給了真空。目前的理論認為真空中不斷的有各種虛粒子對的產生,湮滅和相互轉化的現象,也就是所謂的真空漲落,也被稱為量子場漲落或量子真空漲落。
  • 真空概念及真空技術的基本內容,你都懂嗎?
    1 、真空容器受大氣壓的作用,壓力大小決定於容器內外的壓力差;2 、真空狀態下,氣體稀薄,單位體積分子數少,分子之間或與其他質點(如電子、離子)以及器壁的碰撞次數少。3、真空科學與技術的分支學科真空技術 :真空獲得、測量、檢漏、真空系統及元件真空冶煉: 鑄造、熱處理、焊接、單晶體製備等離子體科學與技術:磁控濺射、離子鍍、CVD、等離子體顯示器薄膜科學與技術
  • 真空測量與常見的真空計
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  • 為什麼太空是真空?
    太空幾乎是一個完美的真空,充滿了宇宙的空洞。但我們生活的空間卻並不空,地球引力是罪魁禍首。要真正理解我們宇宙的真空,我們必須花點時間來理解真空到底是什麼--它不是什麼。那麼,什麼是真空,為什麼太空不是真正的真空呢?家用吸塵器可以有效地將地毯上的汙垢和灰塵吸出來。吸塵器使用差壓產生吸力。但太空的真空正好相反。