原子构成了我们周围的一切，但这些物质的构建块真的接触过吗？

从几乎坚不可摧的金属，如钨，到天空中精致的云，原子构成了我们周围的一切。但是这些原子会互相接触吗？与原子物理学中的大多数主题一样，答案比您想象的要复杂得多。

西德克萨斯农工大学物理学副教授克里斯托弗·贝尔德说，在我们回答这个问题之前，重要的是要定义一下我们所说的“接触”是什么意思。

“在人类的尺度上，当我们说两个物体接触时，我们通常的意思是，一个物体的明确的外表面与另一个物体的明确的外表面位于相同的位置，”贝尔德在一封电子邮件中告诉我们。“（但是）这种类型的接触在原子尺度上并不真正有意义，因为原子没有明确的外表面。”

原子既不是固体，也不是科学家所知的最小单位。相反，一个原子是由许多不同的粒子组成的，这些粒子根据特定的规则相互作用。在原子的核心，原子核被电子云包围。

但仔细观察就会发现，这个原子核由质子和中子组成，而质子和中子是由夸克和胶子组成的。不同元素的原子有不同数量的质子、中子和电子。例如，一个氢原子有一个质子、一个电子和零中子，而铀有92个质子、92个电子和多达146个中子。（一个元素的中子数可以根据它是哪种同位素而变化。）

贝尔德说，原子的电子云使得很难确定“接触”的确切边界。相反，将它定义为触发物理或化学效应的点更有用，例如化学键的产生。他说，当原子的电子云明显重叠时，就会出现这种情况。

“当一个原子的电子轨道与另一个原子的电子轨道重叠到一定程度时，它们就会接触，从而开始发生物理或化学效应，”贝尔德解释说。“这可能是在原子尺度上接触的最佳定义之一。”

这种“接触”可能是不同力量的结果，包括电磁力、引力和量子力学。贝尔德说，液体和固体的接触通常是通过化学键的产生，而气体的接触是通过相互反射来实现的。

麻省理工学院理论物理中心的博士生孙志全（音译）说，另一种形式的接触可能发生在粒子高速碰撞时，比如在粒子加速器中，比如在瑞士的欧洲核子研究中心的大型强子对撞机中。

“当原子以足够高的能量相互碰撞，使它们的电子云重叠 …… 原子核可能会发生弹性或非弹性碰撞，”孙志全在一封电子邮件中告诉我们。“如果碰撞是弹性的，原子核就会改变方向，重新找到电子，变成原来的原子。如果原子核发生非弹性碰撞，它就会分裂成质子和中子，它们可能会形成不同的原子核。”

在欧洲核子研究中心（CERN），粒子以非常高的能量碰撞，将粒子分裂，甚至形成新的亚原子粒子，比如希格斯玻色子。类似的碰撞可能发生在宇宙早期。

贝尔德说：“归根结底，尽管原子的接触方式与我们不同，但原子的接触才是我们所知道的生命的组成部分。”

他说：“如果椅子或石头的原子没有通过化学键相互接触，它就不能把自己固定成椅子或石头的形状。”所以，所有的物质效应都是由某种形式的原子相互接触产生的，包括化学反应、振动、声波、热等等。

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