物理课堂上，我们得知了原子的构成，它由一个中心的原子核和围绕其旋转的电子组成。人们普遍了解原子核和电子只占据原子的极小一部分，但对于这个比例的实际数值，却鲜有直观的概念。
为便于理解，让我们用一个类比。假设原子和体育场一样大，那原子核不过是一粒豆子的尺寸，放置在草地上几乎难以寻觅。而电子则更为微小，比起看台上的一粒尘埃都要小很多。
这样看来，原子内部的确十分空旷。尽管原子核微小无比，却承载着原子的大部分质量。几乎所有的质量都集中于原子核内，即质子与中子的所在。
那么，原子核与电子之间又是何种联系呢？
一些示意原子结构的图表会呈现出这样的画面：原子核位于中心，电子环绕其周围运转，宛如地球环绕太阳。
然而，这种图示虽然直观，却有失偏颇，误导了大众对于原子结构的理解。若以真实比例在纸上绘出原子结构图，原子核因太小而难以描绘，电子更是难以言说。
从体积角度来看，原子核只占据原子体积的极其微小的一部分，而电子几乎可以忽略不计。这意味着原子核外层的巨大空间几乎是空无一物。然而，出人意料的是，如此渺小的原子核却承载了原子99.96%的质量。
尽管原子核外部看似空空如也，但并非完全真空。那么，究竟何物存在于此？
除了最简单的氢元素外，其他元素的原子核皆由质子和中子构成，中子呈电中性，质子则带正电，因此原子核整体带有正电。
于是，带正电的原子核周围便形成了强大的电场，电子因带负电也产生电场。电子在原子核周围运行时，两者之间便通过静电力相互影响。
电子体积微小，质量亦轻，大约为10的负30次方千克，因质量极轻，其运动速度可接近光速。再加上电子并非沿固定轨道运行，而是在原子核周围随机出现，因此其运动轨迹犹如一团云雾，即我们所称的“电子云”。
这里需要强调，虽然原子核外部看似空洞，但你并不能随意进出。如前所述，电子会以“电子云”形式出现，加之其高速运动，几乎可以在原子核周围任何地方瞬间出现，这便意味着电子会在其外围构建一个无形的“防护层”，除了中子和无所不在的中微子外，其他物质难以穿透。而这种防护层，专业上称为“能层”。
这也是原子内部看似空旷，实则坚固的原因。原子核产生强大的电场，电子在外围构建无形的“防护层”，在常态下难以突破，除非处于极端环境，如恒星核心或核聚变反应堆。
接下来，让我们深入探讨原子核内部。原子核由质子和中子组成，二者通过强相互作用力紧密结合。质子和中子的质量相当，约为电子质量的1838倍。
然而，实际上原子核的质量并不等于质子和中子质量的简单相加，反而略小。也就是说，原子核的质量少于质子和中子质量之和，这是为何？
这是因为强相互作用力使得质子和中子紧密结合，产生极大的结合能，即能量的一种。根据爱因斯坦的质能方程，能量也会体现为质量。核聚变过程中生成的更重的原子核会释放能量，质量出现亏损，因此原子核的质量比质子和中子质量之和要小。
关于原子核内的力。
很多人会疑惑，在原子核内部，质子带正电，它们之间因相同电荷而互相排斥，为何还能紧密结合在一起？
简而言之，这便是强核力的作用，即强相互作用。
的确，质子之间因正电荷而排斥，产生的排斥力即为静电力。静电力很强，使质子间存在一定的作用范围，即“库仑势垒”。要让两个质子结合，需有极大的力量以克服库仑势垒。
然而，当两质子不断靠近至约2.5飞米距离时，核力开始显现，迅速将两质子拉近，并释放出巨大能量，这正是核聚变的过程。此过程能量变化源自强相互作用的改变。
核力极为强大，因此得名“强核力”。自然界存在四种基本作用力：强核力、电磁力、弱核力和引力。若以强核力为1，则电磁力约为137分之一，引力则小至10的负39次方。静电力即电磁力，这意味着强核力比静电力强大约137倍，因此能够轻松突破库仑势垒，使两质子紧密结合，保障原子核稳定。
根据量子力学，强核力是一种强相互作用，通过胶子传递，胶子与光子一样，无静质量，只能以光速移动。
现在，让我们来了解质子和中子的结构。
早先人们以为质子和中子是最基本的粒子，但随着科技发展和大型粒子对撞机的实验，科学家们发现质子和中子并非基本粒子，可进一步细分。
质子和中子均由更基础的夸克构成，各由三个夸克组成，其中质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子则由两个下夸克和一个上夸克构成。
由于“夸克禁闭”的存在，夸克不能独立存在，我们也无法直接观测。简言之，由于强相互作用，带色荷的夸克限制于其他夸克之中，使总色荷为零。
夸克有六种“味道”：上、下、粲、奇、底和顶。上夸克和下夸克质量最低。较重的夸克会迅速衰变为上或下夸克。衰变过程是一个从高质量态向低质量态转变的过程。因此，上夸克和下夸克相对稳定，在宇宙中较为常见，而奇、粲、顶和底则需通过高能粒子碰撞产生。
注意，夸克的“味道”并非我们日常所指的味道或气味，而是为了区别不同夸克而引入的术语，简单来说，只是一个名称。
不同夸克间并不互相吸引，它们如何结合在一起？答案仍是强核力，即强相互作用力。胶子这种基本粒子能将夸克紧密束缚。
至此，新的疑问浮现：科学界普遍认为夸克和电子、光子一样，是不可再分的基本粒子，那么夸克真的不能细分吗？
目前实验尚未证明夸克能进一步细分为更小的基本粒子。不过，物理学家认为夸克可能具有层次结构，这种层次决定了夸克的不同“味道”、“颜色”以及质量。
或许随着技术进步，人类未来能发现夸克、电子等基本粒子也可细分，但目前这还远远不够。科学需严谨，我们可以设想、提出理论，但需要实验来验证。
根据标准粒子模型，科学家发现的基本粒子可分为两类：费米子和规范玻色子，二者有何不同？
简单说，费米子是基本粒子，将物体无限细分，最终无法再分的就是费米子。而规范玻色子则是将费米子结合的基本粒子，如光子和胶子。
打个比方，费米子如同砖块，规范玻色子则像水泥，将砖块粘合为大厦。规范玻色子将不同种类的费米子结合，形成各种宏观物质。
具体来说，基本粒子可分为四大类：六种夸克、六种轻子、四种规范玻色子，以及一个重要基本粒子——希格斯玻色子，也被称为“上帝粒子”，它赋予了基本粒子以质量。
我们所见的多彩世界，看似复杂，实则由几种最基本的粒子构成。
总的来说，原子内部虽看似空旷，却远比宏观世界更为实在，强大的静电场和无所不在的电子云构筑起坚固防线，难以被外物侵入。
原子核内部质子和中子通过强相互作用紧密相连，强相互作用力极为强大，足以克服静电力产生的库仑势垒。
质子和中子由三个夸克构成，夸克间亦通过强相互作用，即强核力结合在一起。夸克为不可再分的基本粒子。
简言之，原子内部绝非虚无，除了基本粒子，还有非常强大的电磁力、强相互作用力，这些力亦是能量的表现。可以说，原子是质量与能量的统一体。原子内部有我们可见的质子和中子，还有看不见的能量。
最后，我们不妨提及弦理论，该理论认为所有基本粒子由更微小的弦构成，弦可闭合也可开放，且能以不同方式振动，形成不同基本粒子。
但是弦理论深邃而晦涩，缠绕着数学的纷繁难题。它在实验验证的路上步履维艰，因此，尽管处于科学的前沿，仍未获得广泛的认可。理论之美固然重要，然而无法经受实验的检验，终究使其缺乏足够的信服力。