有人说原子就像一个宇宙,但更多的人会认为原子更像太阳系,毕竟太阳系内有八大行星在太阳运行,而原子内部则是电子围绕原子核运行,两者看起来似乎一致。

打开网易新闻 查看更多图片

但事实上,认为“把原子不断放大就是一个太阳系”的思想还停留在半个多世纪以前,因为以前的物理学对原子结构的诠释在很多人心目中印象太深刻了。

那么,原子与太阳系(或者说宇宙)到底有什么区别呢?

首先说原子。人们对原子结构的认知过程很漫长,总体来看是这样的:

打开网易新闻 查看更多图片

最开始科学家认为原子就是一个实心小球,就像玻璃球那样。之后科学家发现了电子,认为原子结构更像是镶嵌了葡萄干的蛋糕那样。

时间到了20世纪初,卢瑟福做了著名的α粒子散射实验,发现原子内部结构是空的,同时发现了原子核,由此得出一个结论:原子结构与行星系统(比如说太阳系)非常相似。

紧接着波尔在卢瑟福原子模型的基础上进一步升级,提出了能级概念,认为原子核外部的电子是按能级结构分布的。

随着量子力学的发展,出现了电子云模型结构。不过,由于量子力学太诡异太复杂,在初中物理课上,原子模型基本上仍旧以卢瑟福和波尔的能级模型来诠释的。

这也是很多人认为“原子结构更像太阳系”的主要原因,上学是学到的物理学知识对我们的影响根深蒂固。

但实际上,原子核外围的电子完全不像太阳系内八大行星围绕太阳那样运行,而是以一种我们很难想象的方式存在。

说白了,电子的位置和速度是随机的,无法准确描述,只能用概率去描述,这也是量子力学中“不确定性”的直接体现和必然结果。

每个电子都在各自的能级层上,并随时发生“电子跃迁”,表现出来的就是无处不在,难以捉摸,就好像一大片云那样(实际上可能只有一个电子),因此也被称为电子云。

如此诡异的结构分布怎么可能像太阳系,怎么会像宇宙呢?

而原子中心的原子核又是由质子和中子组成,质子和中子都是由三个夸克组成,这一点也不像我们的太阳。

那么,如果把一个原子放大一亿倍,会有多大呢?

那最小的氢原子为例,直径只有大约0.037nm,也就是0.037×10^-12km,放大一亿倍后也只有0.037×10^-4km,而可观测宇宙直径达到了930亿光年。原子放大一亿倍后远远没有达到宇宙的大小,根本不是一个数量级。

而即便是把原子放大的宇宙大小,得到的也不会是一个宇宙。原子内部遵循的是量子力学,而宇宙和太阳系遵循的是宏观上的经典力学,相对论。