原子内部几乎是虚空,但为什么我们人体看起来,却很实在?

答案在这儿 2023-05-04 10:57:17

提个问题:人是由什么构成的?

学过生物的大概都想说,是由细胞构成的;或者水、蛋白质、碳水化合物等物质构;再或者,可以说是由钙、镁、碳、钾、钠等化学元素构成的。

人体是由什么构成的呢?

以上这些答案都没错,但进一步往微观范围上看,所有化学元素是由无数的原子组成的。在化学反应中,原子是小到无法再分的基本微粒,构成人体的各种化学元素都是原子构成的。然后这些化学元素又组成了细胞,组装成了一个完整的人体。

原子质量非常小,而且内部还是空心的,但人体却是实实在在的,有血有肉,还能通过加强饮食和锻炼变的很壮实,这是怎么回事呢?空心的原子是怎么组成现实中客观存在的物体的?

空心的原子是如何组成“实心”物体的呢?

原子的内部情况

首先让我们从原子的构成入手,看看它的内部都有些什么东西。

原子分为正原子和负原子,正原子包含致密原子核以及围绕在它周围的负电电子。

致密原子核是什么意思呢?

致密顾名思义就是结构很紧密的意思,原子核是由质子和中子构成的,如此紧密的原子核质量占原子的99.96%以上,而体积却小到只占整个原子体积的几千亿分之一。

原子核是由质子和中子构成的

负原子则刚好反过来,原子核带负电,而周围的电子带正电。不过这不会影响原子核的体积小到可怜。

原子核外的空间非常大,如果用棒球场比作原子的话,那么原子核就是场上比赛用的小棒球,所以电子可以在这个空间里自由地做高速运动。因此,原子可以说基本上是虚空的状态。

一开始,研究原子的人们认为,原子不可再分,那它肯定是实心的,就像一个西瓜一样,或者说,像一个星体,比如我们的地球,内部有固态核心,核心外面有流动的岩浆。

地球内核外部存在流动的岩浆

后来有了量子力学,研究人员发现,原子核外的电子不是胡乱做的运动,它们有很多轨道,会在不同的轨道间来回蹦跶,并且边蹦跶边释放能量。

这个蹦跶的过程,使这些电子看起来像电子云的状态,加上它们运动的速度快,观察起来,就像实心的了。

那人们又是什么时候发现原子其实是空心的呢?

这就要提到英国物理学家欧内斯特.卢瑟福了。他率先提出放射性半衰期的概念,并做了一个颠覆传统认知的α粒子散射实验。

欧内斯特.卢瑟福的α粒子散射实验

他用α粒子轰击金箔,发现α粒子能直接穿过薄金箔,然后不改变方向继续前进,几乎不发生偏转行为,接着他又根据这个实验现象提出了原子核式结构模型。

这个模型表明,原子中的电子对α粒子运动的影响非常小,它内部的微粒体积也非常小,所以内部空间其实很大。

空心原子组成触感实在的人

不过,原子的空心并不会影响人体的构成,因为人体的细胞实在太多了,组成细胞的原子也连接的相当紧密。

细胞内部结构其实也很复杂

原子先按特定的顺序和空间排列,形成一个致密的分子整体,原子在分子内部相互作用,使分子能保持稳定的结构和状态。

分子可以是气态、液态和固态,这三种形态都存在于人体中,比如细胞液、血液和水分是液态的分子,脂肪、肌肉、骨骼等是液态的分子,氧气是气态分子。

但不管是哪种形态,都有一定的密度和质量,这些物质通过强烈作用结合在一起,就有了我们看的到、摸得到的人体实体。

不同形态的分子通过各种强烈作用结合在一起,组成人体

这是人体看起来很实在的原因之一。

另外,我们生活在三维世界,所有的物体都是有形的,多角度的,而不是平面的。

人的眼睛在看物体时,有双眼效应,这是光进入眼睛在视网膜上的成像效果,光会发生折射和反射,使物体看起来更多面化,大脑再把接受到的画面信息整合一下,就有了立体感。

眼睛接收信息之后会将信息传递给大脑

除了视觉效果,大脑还会帮人区分接触到的物体有什么特征,比如,软硬度不同,表面纹理不同,重量不同。

因此,就算原子内部是空的,通过一定的排列组合和相互作用,重新组成的更大结构就有实在感了。而且,原子非常小,我们所谓的它是空心的,是从微观世界上来看,不知道放大了多少倍,但它的数量足够多,从宏观上来看,原子构成的物体就相对而言是实心的了。

可以想象一下气球,它的里面只有气体,没有其他实物,我们可以说它是空心的,但充满气球的气体也是物质,你能说气球里面什么都没有吗?

氦气球里面的气体物质是氦气

如果我们往气球中充满比空气重的气体,比如二氧化碳,拿10万只这样的气球组成一个整体结构,它触碰起来也是实在的。更何况人体是多种物质构成的,当然更加实在。

宇宙是空的还是实在的

把原子构成实在人体的理论再往大了看,由原子构成的宇宙也不像我们看起来的那么空旷。

宇宙中除了被人类观测到的天体,被我们认为是空旷的地方都充斥着许多物质,才让宇宙中到处都存在着引力。

宇宙中除了有天体,可能还存在着许多物质

古希腊原子唯物论的创始人之一德谟克利特认为,宇宙虽然从本质上来说是由原子构成的,但原子在不停地运动,所以它们构成某种物体都是临时的,有聚集也有消散,因此宇宙也在这种无限的虚空中运动着。

按这个理论,原子虽然不可分割,但原子的结合体在几何上是可以分割的,当原子消散时,物体也消失了,那么它的引力也不存在了,于是宇宙中质量缺失,引力不平均的问题就可以解释了。

不过,现代科学提出了暗物质的概念来解释这个问题。但暗物质是什么呢?目前没有人能确实证明它的存在,它对宇宙的作用都是推断出来的。

目前人类其实并没有证明暗物质的存在

而且,原子是有外壳的,暗物质是什么形态,有外壳吗?按宇宙由原子组成的说法,那它必然有边界;如果宇宙中确实有暗物质,它可能就是无限的,那么这个无限的宇宙是空的还是有实体呢?

抛开不确定的暗物质不谈,即使是黑洞这么虚无的地方也是有物质存在的,并不是空的。

黑洞也是有物质存在的

把范围缩小回到人体身上,人也像一个完整的微型宇宙,而且人体有清晰的边缘,可测量,就是具有实在感最大的优势。而且生物从诞生以来就能感受到自身内部的变化,对自己非常熟悉,更加增大了实体感。

而且从习惯上来说,世界上的所有物质,只要人熟知的东西,哪怕看不见摸不着,都能确定它的存在。比如风,它的实质是空气的流动,你能说空气不存在吗?

因此,尽管原子内部几乎为虚空状态,只要构成了物质,就能实在感受到。

原子只要构成了物质,就基本能够感受到

参考资料:

【1】《物质的构成—原子学说》中科院高能物理研究所

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