原子的內部空間是空的,為什麼由原子組成的物體卻是實心的呢?
?化學家約翰·道爾頓(John Dalton)提出的理論是,所有的物質和物體都是由原子粒子組成的,這在近兩個世紀後仍然被科學界所廣泛接受。每一個原子都由一個非常小的原子核,甚至更小的電子組成,它們在離中心相當遠的地方移動。
如果你想像一下一個巨大的桌子,是普通桌子大小的10億倍,那它的原子就是西瓜的大小。但即便如此,在中心的核心仍然是太小而無法看到,電子會在他們周圍跳舞。那麼為什麼我們的手指無法穿過原子,為什麼光不能穿過原子縫隙呢?
為了解釋為什麼我們必須著眼於電子。不幸的是,我們在學校學到的很多東西都被簡化了,其實電子不會像行星圍繞恆星進行軌道運動。相反,把電子想像成一群蜜蜂或鳥,他們單個運動太快無法跟蹤,但你仍然看到整體群體的形狀。
電子「舞蹈」
電子「舞蹈」,但這不是隨機的舞蹈,他們按照模式移動,遵循由歐文·薛定諤命名的數學方程式的步驟。
這些模式可能會有所不同,一些是緩慢而溫和的,而有些則是快速而精力充沛。每個電子保持相同的模式,但是偶爾它可能會改變到另一個狀態,只要沒有其他電子已經變成了這種模式。原子中沒有兩個電子可以做同樣的步驟:這個法則被稱為排斥原理。
雖然電子永不疲倦,但移動到更快的速度將會消耗能量。當一個電子移動到一個較慢的模式,它就會失去它產生的能量。因此,當能量以光的形式落在電子上時,它可以吸收一些能量並上升到更高更快的「舞蹈」模式。光束不會穿過我們的桌子,因為所有的原子中的電子都渴望從光中攫取一些能量。經過很短的時間,他們失去了這個剛獲得的能量,在吸收和反射光的模式的變化,給予反射和顏色變化,所以我們看到桌子是固體。
那麼為什麼一張桌子也會變得堅實?也許有人會告訴你,這是由於排斥--兩個帶負電的東西必須互相排斥。但這是錯誤的。是因為舞動的電子,讓它感覺堅實。
如果你觸摸桌子,那麼你手指中的原子的電子就會接近桌子原子中的電子。由於一個原子中的電子足夠接近另一個原子核,所以它們的舞蹈模式發生變化。這是因為在一個核周圍的低能級電子在另一個核周圍不能做同樣的事情,那個槽已經被自己的一個電子所取代了。新來者必須進入一個空置,且更有活力的角色。這個能量必須提供,這次不是由光提供,而是由你的探測手指的力量。
因此,只有兩個原子相互靠近就需要能量,因為它們所有的電子都需要進入空閑的高能態。試圖把桌子上所有的原子和手指的原子結合起來,需要大量的能量,比你的肌肉能提供的能量要多。你能感覺到作為對你的手指的阻力,這就是為什麼桌子摸起來感覺很結實。
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