原子內部有什麼秘密?科學家:原子內部隱藏著宇宙的秘密

2020-12-05 奇點使者

審核:小文

古希臘哲學家德謨克利特認為,萬物的本原是原子和虛空,原子是構成世間萬物的基本粒子,不可再分。他還認為,原子是一個堅硬的實心的球狀粒子,是永恆的不可磨滅的。經過科學家幾百年的研究,從道爾頓原子模型到波爾原子模型,再到現代量子力學模型,可以說,原子定義代表著一個時代的物理學水平。

在高中化學裡,我們學習到原子是物質的基本組成單位,所有物質都有原子組成。而原子又由質子、中子和電子組成。其中質子帶正電荷,電子帶負電荷,中子不帶電。每一種元素的質子數量和相對原子質量均不相同。比如說我們賴以生存的氧氣,它由兩個氧原子構成,每個氧原子都有8個質子和8個中子,因此,氧元素在元素周期表中排在第八位,相對原子質量為16。

每種元素的原子,它們的質子數和電子數是相同的,而中子數則可能不同。比如說碳元素,一般而言,一個碳原子有6個質子和6個中子,它的相對原子質量是12.但是有一些碳原子卻含有7個甚至8個中子,我們稱它們為同位素,分別取名為碳十三和碳十四。

中子數量的增加會使原子變得不在穩定,因為多出的中子突破了原子的承載能力。這些多出來的中子會慢慢分解,並最終以能量的形式散發出去,形成輻射,我們也稱為衰變。比如前文提到的碳十四,它的半衰期大約為5730年,碳是有機物的重要元素,我們可以通過研究化石或者古董中碳十四的含量來確定它們的年代。

質子和中子共同形成原子的核心——原子核,而電子就圍繞著這個原子核進行高速的運動。之前我們曾認為電子會圍繞原子核做圓周運動,可是後來的研究結果卻否定了這一猜測。在這個研究過程中,還出現了令科學家毛骨悚然的現象,就是著名的電子雙縫幹涉實驗。

科學家最初將電子束沿著模板中的小孔射入,最終得到了和光雙縫幹涉實驗一樣的圖像,說明電子也具有波粒二象性。可是科學家懷疑是電子間相互作用才形成幹涉的圖像,因此,他們決定只發射一個電子,看看會有什麼現象發生。出乎他們的意料,單個的電子仍然可以形成雙縫幹涉的圖形,這說明電子同時穿過了2個縫隙。

科學家覺得難以置信,為了看清楚電子究竟是如何運動的,科學家在實驗臺前放置了一個攝像頭。更加難以置信的結果來了,電子仿佛知道了自己被監視了一樣,乖乖的從一個孔進入,雙縫變成了單縫,幹涉條紋消失了。反覆幾次之後,都得到了相同的結果,電子似乎真的可以察覺到我們。

科學家不禁感嘆,人類目前在量子領域的研究還是初級階段,原子雖小,但是其中可能蘊藏的極大的秘密。科學家相信,電子可能是連接三維空間和高緯度空間的一座橋梁,儘管我們對此知之甚少。而且,人類可能正在高緯度生物的監視之下,對此,我們也只能等待科學家對原子進行更加深入的了解了。

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