电子和原子核之间是绝对真空吗?

编辑:安季浅空 2019-07-26 15:46:04

关于这个问题,我们要先把“真空”的定义讲清楚。

对于大多数人来说,所谓的“真空”是指不存在任何物质的空间状态。我们也可以理解成是一定区域内的气压远远小于大气压。

关于这种定义,我要简单说一下,在这种顶一下的“真空”,实际上,绝对真空是不可能存在的,即使是外太空都不是绝对的真空,而认为抽真空也没办法实现绝对的真空。

那接下来,我们说一说原子内电子和原子核之间的是不是存在绝对的真空。一般来说,我们看到的原子模型都是这样的:

不过,后来随着量子力学的发展,科学家发现核外的电子并没有所谓的预定轨道,它并不像行星和太阳系之间的关系,电子在原子核外是呈现电子云的状态,意思是,电子的位置是随机的,连它自己都不知道下一刻会出现在哪,我们只能用概率来描述电子出现的可能性。

其次,其实原子核特别小,原子有一个足球场那么大,而原子核可能只有一只蚂蚁那么大。而电子目前大多数科学家认为,电子是没有体积,目前在10^-18米尺度下没有得到电子的体积,因此,原子内部大部分都是空心的。

那原子核和电子之间的空间是真空的么?

答案很简单,其实并不是。

原子核和电子之间非但不是真空,相反其实特别热闹。想要了解这个,我们就要从粒子物理标准模型说起。

科学家通过粒子物理标准模型统一了四大作用力中的强相互作用,弱相互作用和电磁相互作用。

而这三种作用其实都在亚原子层面都有存在。

光子

首先,我们可以都知道电子是带一个单位负电的,而原子是带正电的。因此,电子和原子核之间就有电磁相互作用,而传递电磁相互作用的是光子。因此,在电子和原子核之间,是存在光子以运动的形式在传递电磁作用。甚至是电子在发生能级跃迁时,也会吸收或者放出光子,而这些光子的方向是随机,就有一定的概率穿过整个原子。因此,至少在电子和原子核周围是会存在光子的。

希格斯玻色子

其次,还有存在一种被人叫做“上帝粒子”的希格斯玻色子。整个粒子其实是负责质量的,它广泛存在与整个空间当中,无论是电子、原子核都会受到希格斯玻色子的影响。电子和原子核由于通过希格斯场被减速下来,因此才获得了自身的质量。

中微子&电子

除此光子、希格斯玻色子,还有可能会有中微子。在粒子物理标准模型中,中微子是一种轻子。由于它很难和物质反应,所以中微子穿透力极其强大,质量还特别小。我们的身体时时刻刻都有中微子穿透,但我们根本感觉不到,大概是每秒钟会有1000万亿个中微子穿过一个人的身体。

那这些中微子都是哪里来的呢?

穿过地球人类的中子绝大多数来自于太阳,太阳的核心正在发生核聚变反应,只要有质子-质子反应和碳氮氧循环反应,在反应过程之,氢发生核聚变融合成一个氦-4。在这个过程中会释放出大量的中微子。

而中微子的出现本质上其实和弱力是有关系的,这其实就和β衰变有关。如果是“正β衰变”,核内的一个质子会转变为中子,同时释放出一个正电子和中微子。如果是“负β衰变”,核内的一个中子会变成质子,同时释放一个电子和一个反中微子。

在这个弱力的作用下,不仅有中微子,还有电子。所有,还有一定的可能性就是,原子核和电子之间会出现反中微子和正电子。

所以,电子和原子核之间并不存在绝对的真空,相反其实很热闹,其实存在着光子,电子,中微子,希格斯玻色子。

而且我再补充一点,实际上,根据量子力学,“真空”其实也不是一无所未有,实际上,真空是不空的,存在这量子涨落,会有虚电子对产生。根据狄拉克方程,真空其实就是量子场系统的基态,意思是能量最低的状态。所以,真空其实不空。

复制本文地址:http://www.zhenkongw.cn/zkdm/443.html

网站地图