“原子內(nèi)部 99% 以上的空間都是空的”—— 這個(gè)顛覆常識(shí)的科學(xué)結(jié)論,常讓人們產(chǎn)生疑惑:既然構(gòu)成萬(wàn)物的原子大多是 “空” 的,為什么我們觸摸到的桌椅、石頭是堅(jiān)硬的?宇宙中是否存在 “絕對(duì)實(shí)心”、沒有空隙的物體?
答案藏在微觀世界的物理規(guī)律中:“絕對(duì)實(shí)心” 在現(xiàn)實(shí)中并不存在,而我們感知到的 “實(shí)心”,不過是原子間作用力制造的 “錯(cuò)覺”。
要理解這一點(diǎn),首先得看清原子的 “空” 究竟是什么。根據(jù)現(xiàn)代物理學(xué)模型,原子由原子核和核外電子構(gòu)成:原子核體積僅占原子總體積的千億分之一(相當(dāng)于足球場(chǎng)中心的一顆玻璃球),電子則以 “概率云” 的形式在核外廣闊空間運(yùn)動(dòng),不存在固定軌道。從這個(gè)角度看,原子內(nèi)部確實(shí) “空空如也”—— 如果把原子放大到體育場(chǎng)大小,原子核只是中心的小玻璃球,電子則像偶爾掠過看臺(tái)的塵埃,其余空間全是虛無(wú)。
但 “空” 不代表 “無(wú)作用力”。電子帶負(fù)電,原子核帶正電,正負(fù)電荷之間的電磁力,會(huì)在原子外圍形成 “力場(chǎng)屏障”。當(dāng)兩個(gè)原子相互靠近時(shí),它們的電子云會(huì)因電磁斥力相互排斥,這種排斥力的強(qiáng)度遠(yuǎn)超我們的想象 —— 即便原子內(nèi)部大多是真空,這種力場(chǎng)也會(huì)阻止外界物體 “穿透” 原子,這也是我們觸摸物體時(shí)能感受到 “硬度” 的原因。
比如用手推桌子,看似是 “實(shí)心” 的手掌推 “實(shí)心” 的桌面,本質(zhì)上是手掌原子的電子云,與桌子原子的電子云通過電磁力相互排斥,這種力讓我們產(chǎn)生了 “接觸到實(shí)心物體” 的感覺。
既然原子存在空隙,那能否通過擠壓,把原子 “壓碎” 變成 “實(shí)心”?理論上,當(dāng)物質(zhì)受到極端壓力時(shí),原子結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞:比如在地球核心,約 360 萬(wàn)個(gè)大氣壓的高壓下,原子外層電子會(huì)被 “壓” 出軌道,形成由原子核和自由電子組成的 “電子簡(jiǎn)并態(tài)物質(zhì)”,此時(shí)原子的空隙大幅縮小,但仍不是 “絕對(duì)實(shí)心”—— 原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成,其內(nèi)部仍有夸克級(jí)別的空隙。
宇宙中最接近 “實(shí)心” 的物質(zhì),可能存在于中子星內(nèi)部。
中子星是大質(zhì)量恒星死亡后坍縮形成的致密天體,其核心壓力可達(dá)千億個(gè)大氣壓。在這種極端條件下,原子核會(huì)被徹底壓碎,質(zhì)子和電子結(jié)合成中子,整個(gè)星體幾乎由中子緊密堆積而成,物質(zhì)密度高達(dá)每立方厘米數(shù)億噸(相當(dāng)于把珠穆朗瑪峰壓縮成一塊方糖)。即便如此,中子星也不是 “絕對(duì)實(shí)心”—— 中子由夸克構(gòu)成,夸克之間仍存在微小空隙,且中子之間的強(qiáng)核力會(huì)形成排斥,阻止它們進(jìn)一步 “擠壓”。
從物理本質(zhì)來看,“絕對(duì)實(shí)心” 違背了基本粒子的特性。根據(jù)量子力學(xué),構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子(如夸克、電子)雖然被認(rèn)為是 “沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)” 的點(diǎn)粒子,但它們并非 “實(shí)體小球”,而是兼具粒子性和波動(dòng)性的量子客體。
更重要的是,根據(jù)泡利不相容原理,相同的費(fèi)米子(如電子、中子、夸克)無(wú)法占據(jù)同一量子態(tài),這意味著即便在極端高壓下,基本粒子也會(huì)因量子排斥力保持一定間距,無(wú)法完全 “填滿” 空間。因此,無(wú)論在何種條件下,物質(zhì)都無(wú)法達(dá)到 “沒有任何空隙” 的絕對(duì)實(shí)心狀態(tài)。
很多人對(duì) “實(shí)心” 的誤解,源于將宏觀世界的經(jīng)驗(yàn)套用到微觀領(lǐng)域。在日常生活中,我們習(xí)慣用 “是否有空隙” 判斷物體是否實(shí)心(如空心球和實(shí)心球),但在微觀世界,“空隙” 與 “實(shí)心” 的定義完全不同 —— 原子的 “空” 是空間上的虛無(wú),卻被強(qiáng)大的作用力填滿;所謂 “實(shí)心物體”,不過是微觀粒子通過作用力構(gòu)建的 “緊密結(jié)構(gòu)”,而非真正意義上的 “無(wú)空隙實(shí)體”。
認(rèn)清這一點(diǎn),我們就能理解:宇宙中不存在 “絕對(duì)實(shí)心” 的物體,原子的 “空” 與我們感知的 “實(shí)心” 并不矛盾。從桌上的水杯到遙遠(yuǎn)的中子星,萬(wàn)物都是由 “充滿空隙卻被作用力綁定” 的微觀粒子構(gòu)成,這種奇妙的結(jié)構(gòu),正是宇宙遵循物理規(guī)律的必然結(jié)果。而人類對(duì) “實(shí)心” 的執(zhí)念,或許只是源于我們對(duì)宏觀世界的直觀感受 —— 在微觀尺度下,“空” 與 “實(shí)” 的界限,早已被量子力學(xué)和作用力重新定義。
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