原子內(nèi)部幾乎全是虛空，為什么原子組成的物體卻很實(shí)在？

原子內(nèi)部有多空呢？我們可以來(lái)看看氫原子，眾所周知，氫原子的原子核就是一個(gè)質(zhì)子，它擁有一個(gè)電子。

已知的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，一個(gè)處于基態(tài)的氫原子，其半徑約為0.53 x 10^(-10)米，而質(zhì)子的半徑約為0.84 x 10^（-15）米，至于電子的半徑，雖然目前還沒(méi)有確定的數(shù)值，但可以確認(rèn)的是，電子半徑的數(shù)量級(jí)不會(huì)大于10^(-16)米。

光看這些數(shù)據(jù)不太直觀，我們不妨將其等比例地放大一下。假設(shè)把一個(gè)氫原子的原子核放大到一個(gè)足球那么大，那么這個(gè)氫原子的半徑有多大呢？答案就是大約7公里，而電子的尺寸，則不會(huì)大于一顆普通的玻璃彈珠。

氫原子是這樣，其他元素的原子也差不多（無(wú)非就是多了一些小小的質(zhì)子、中子和電子罷了），所以從這方面來(lái)看，原子內(nèi)部幾乎全是虛空，那么問(wèn)題就來(lái)了，既然如此，為什么原子組成的物體卻很實(shí)在呢？其實(shí)這可以通過(guò)量子力學(xué)來(lái)進(jìn)行解釋。

通常情況下，我們都會(huì)將電子想象成圍繞著原子核運(yùn)行的小球，它們有著自己特定的運(yùn)行軌道，就像是行星圍繞著恒星運(yùn)行一樣。

但量子力學(xué)告訴我們實(shí)際情況并非如此，根據(jù)該理論的描述，電子是以一種“概率波”的形式彌散在原子核外的空間里，這被形象地稱為“電子云”，在這里，你不能說(shuō)某個(gè)電子具體在哪兒，你只能說(shuō)它在某個(gè)區(qū)域出現(xiàn)的概率更高。

所以當(dāng)我們談?wù)撘粋€(gè)原子的“邊界”或“表面”時(shí)，我們談?wù)摰钠鋵?shí)就是彌漫在其原子核外的電子云。實(shí)際上，正是這種電子云之間的相互作用，讓我們感受到了原子組成的物體是很實(shí)在的，這主要涉及三種物理機(jī)制。

首先就是電磁斥力，這很好理解，因?yàn)殡娮佣际菐ж?fù)電的，所以當(dāng)兩個(gè)原子的電子云相互靠近的時(shí)候就會(huì)相互排斥，并且隨著距離的不斷縮小，這種電磁斥力的強(qiáng)度也會(huì)指數(shù)級(jí)地提升。

第二種機(jī)制則來(lái)自量子力學(xué)中的不確定性原理，我們可以將其簡(jiǎn)單地理解為，微觀粒子的位置和動(dòng)量不可能同時(shí)確定，并且兩者之間存在著確定的互斥關(guān)系，也就是說(shuō)，對(duì)于一個(gè)特定的粒子來(lái)講，它的位置越確定，其動(dòng)量就越不確定，反之亦然。

所以當(dāng)你試圖讓兩個(gè)原子靠得更近時(shí)，你實(shí)際上是在把它們的電子云壓進(jìn)一個(gè)更小的空間，這就意味著，你正在讓這些電子的位置變得更確定，而根據(jù)不確定性原理，它們的動(dòng)量就會(huì)變得更加不確定。

在這樣的情況下，電子就會(huì)變得越來(lái)越“躁動(dòng)”且不可預(yù)測(cè)，進(jìn)而表現(xiàn)出一種向外膨脹的斥力，進(jìn)而阻止了彼此之間進(jìn)一步靠近。

除此之外，還有一種機(jī)制來(lái)自于量子力學(xué)中的泡利不相容原理，我們可以將其簡(jiǎn)單地理解為，對(duì)于同種類型的“費(fèi)米子”而言，它們不愿意其他的小伙伴與自己占據(jù)相同的量子態(tài)。

而“費(fèi)米子”，其實(shí)就是構(gòu)成物質(zhì)的粒子，電子當(dāng)然是其中的一員，所以當(dāng)兩個(gè)原子接近到一定程度的時(shí)候，它們的電子云就會(huì)因?yàn)榕堇幌嗳菰懋a(chǎn)生一種抵抗壓縮的強(qiáng)大斥力，這就是所謂的“電子簡(jiǎn)并壓”。

所以你看，這些物理機(jī)制所產(chǎn)生的斥力，就像是一道又一道的屏障，有力地阻止了原子真正地撞在一起。實(shí)際上，我們認(rèn)為的“物體很實(shí)在”，其實(shí)就是我們的感官系統(tǒng)對(duì)其在宏觀層面上的解讀。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，我們的皮膚之下大量分布著一種被稱為“機(jī)械感受器”的神經(jīng)末梢，它們對(duì)壓力產(chǎn)生的形變非常敏感，當(dāng)我們觸摸某個(gè)物體時(shí)，物體表面原子之間的斥力會(huì)直接作用在我們的皮膚組織上，使皮膚發(fā)生微小的形變，從而觸發(fā)了“機(jī)械感受器”。

在此之后，“機(jī)械感受器”就會(huì)將它們感受到的信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這些信號(hào)通過(guò)神經(jīng)傳遞到脊髓，并最終傳入大腦，

大腦對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行解讀后，就形成了我們的觸覺(jué)體驗(yàn)，根據(jù)不同信號(hào)的差異，我們就能夠區(qū)分物體的硬度、溫度、光滑度、粗糙度等等特性。