我知道原子很小很小，但是，它究竟小到什麼程度呢？

很小很小的時候

我們就知道

我們生活中的各種物質

包括我們自己

都是由原子、分子和離子構成的

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原子非常非常的小

小到我們的肉眼根本無法分辨

一根頭髮絲的直徑

差不多相當於50萬個碳原子排在一起

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如果一個原子能有彈珠一般的大小

那麼你的拳頭就和地球差不多大

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這樣的類比也許依然不是很直觀？

沒關係！我們再舉一個例子

現在看看你的小拇指

假設你的小拇指指尖

和你現在所處的的房間一樣大

然後我們將這個房間填滿大米

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在這之中

每一粒米的大小

就相當於你指尖一個細胞

這個時候我們再做一次假設

把每一粒大米

也就是每一個細胞再想像成一個房間

然後再往裡面灌滿大米

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現在大米的尺寸

就和細胞內的蛋白質相當了

這還不算完！

我們還要用沙子填滿其中的空隙

這個時候沙子的大小

就代表了指尖內的一個原子

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不要著急

對著下面這張圖好好捋一捋

閉上眼睛仔細想想剛剛這個過程

體會中間每一步的縮放

你才會真真切切地感受到原子的渺小

即便原子已經很小很小

但它仍然不是組成世界的最基本單元

原子本身也具有內部結構

它是由質子、中子和電子組成的

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質子和中子組成了原子核

質子帶一個單位的正電荷

中子不帶電

他們之間靠強相互作用結合在一起

強相互作用是四大基本相互作用之一

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質子和中子還可以繼續分解

人們認為它們由更小的夸克構成

夸克究竟小到什麼程度

科學家們現在也不得而知

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在現有的理論下

夸克和電子都是不可再分的

它們都是最基本的粒子

因而可以被看做是「一個點」

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相比於原子核依靠強相互作用

牢牢束縛在一起

核外電子則顯得自由得多

在經典模型中

電子在原子核外做高速運動

速度可達2200km/s

這樣的速度繞地球一周只需18秒

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原子並不是一個緻密的結構

原子核和核外電子之間有很大的空隙

事實上在一個原子中

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如果把構成帝國大廈的原子中

所有的真空都去掉

那麼帝國大廈將會變成米粒一般大小

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如果把構成整個人類的原子中

所有的真空都去掉

那麼人類用一個湯匙就能裝下

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以上的兩個例子

並不是單純的腦洞大開

宇宙中的中子星正是這樣的存在

它只有中子組成

密度大到驚人

一個直徑只有幾公里的中子星

質量便可以達到太陽的好幾倍

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然而所謂的真空其實「不空」

真空中也無時無刻不存在著量子漲落

產生一些粒子和能量

並且短時間內迅速消失

它對宇宙大尺度結構的起源非常重要

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前面我們說了

電子圍繞原子核做高速運動

更準確地說

電子以電子云的形式存在於原子核周圍

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電子以一定的概率隨機出現

但不同位置的概率並不相同

圖中所示的這些區域內

電子出現的概率高達95%

因而被稱作原子軌道

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但是95%並不是100%

儘管電子被電磁力束縛在原子核周圍

但是從概率上講

電子有可能出現在原子軌道外

距離原子核很遠很遠的位置

甚至在宇宙的另一端

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聽上去是不是非常神奇？

正是這些神奇的東西

構成了宇宙間的萬事萬物

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然而這還不是全部

除了質子中子夸克電子

宇宙中還有大量其它的基本粒子

科學家們把它們都統一在

標準模型的框架內

不過標準模型也並非完美

仍然有很多超越標準模型的現象

例如暗物質、暗能量等

等待著科學家們去探究

或許其中就隱藏著宇宙的終極奧義吧

素材來源：https://youtu.be/_lNF3_30lUE

編輯：Alex Yuan

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