原子曾經(jīng)被認(rèn)為是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒,后來人們才發(fā)現(xiàn),原子其實也有內(nèi)部結(jié)構(gòu),它們由原子核以及圍繞著原子核運行的電子構(gòu)成,其中原子核占據(jù)了原子絕大部分質(zhì)量。而我們都知道,太陽系是一個以太陽為中心的天體系統(tǒng),其中的行星都在圍繞著太陽運行,并且太陽也占據(jù)了太陽系的絕大部分質(zhì)量。 原子和太陽系的相似之處,很容易令人浮想聯(lián)翩,正所謂“其大無外,其小無內(nèi)”,在足夠宏觀的宇宙層面上,太陽系的渺小程度,也可以與原子在我們眼中的渺小程度相當(dāng),那么,有沒有一種可能:太陽系是一個超大號的原子,其中太陽就是原子核,而行星則是電子呢? 從物理學(xué)的角度來看,這個問題的答案是否定的,因為太陽系與原子存在著本質(zhì)上的不同,我們可以從以下幾個方面來進(jìn)行說明。 一、太陽和原子核的能量釋放 太陽是一個隨時都在發(fā)光發(fā)熱的“大火球”,它的能量來源是其核心的核聚變反應(yīng),與之相比,原子核則完全不一樣,畢竟在原子核的內(nèi)部,根本就不可能發(fā)生核聚變。 通常情況下,一個穩(wěn)定的原子核是不會向外釋放出能量的,只有自身處于不穩(wěn)定的狀態(tài)時,原子核才會通過衰變的方式釋放出能量。 盡管原子核有多種衰變方式,例如α衰變、β衰變、γ衰變等,但每一種方式釋放出的能量,都是不連續(xù),根本不可能像太陽那樣持續(xù)地發(fā)光發(fā)熱。 二、行星的質(zhì)量 在粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型中,電子是一種基本粒子,其質(zhì)量大約為9.10956乘以10的負(fù)31次方千克,所以我們可以簡單地認(rèn)為,在原子的內(nèi)部,所有電子的質(zhì)量都是一樣的,也就是說,如果太陽系真的是一個超大號的原子,那其中行星的質(zhì)量也應(yīng)該是這樣的。 然而實際情況卻是,太陽系有八顆已知的行星,每一顆行星的質(zhì)量都不一樣,它們之間存在著明顯的差距,例如質(zhì)量最大的木星,可達(dá)到太陽質(zhì)量的大約千分之1,質(zhì)量最小的水星,僅有太陽質(zhì)量的大約600萬分之1,而我們地球的質(zhì)量,卻是太陽質(zhì)量的大約33萬分之1。 三、起主導(dǎo)作用的基本力 原子核帶正電,電子帶負(fù)電,它們之間的電磁力,其實就是原子內(nèi)部起主導(dǎo)作用的基本力,所以如果太陽系真的是一個超大號的原子,那么太陽就應(yīng)該帶正電,而其中的行星則會帶負(fù)電,但我們都知道,實際情況并非如此。 在太陽系中,起主導(dǎo)作用的基本力其實是引力,在太陽強(qiáng)大引力的“束縛”之下,太陽系中的行星才會有條不紊地圍繞著太陽運行。 四、電子和行星的運動 電子具有“波粒二象性”,它們可以同時具備波和粒子的性質(zhì),而根據(jù)量子力學(xué)的“不確定性原理”,我們不能同時確定電子的位置和動量,這就意味著,原子內(nèi)部的電子運動,并不是我們宏觀物體的運動那樣具有確定的軌跡。 也就是說,在原子的內(nèi)部,電子的運動和分布都是不確定的,所以我們就不能預(yù)測電子在某個特定時刻會出現(xiàn)在哪個具體的位置,而只能描述電子在某個位置出現(xiàn)的概率有多大。 (科學(xué)家通常會用“電子云”模型來描述原子內(nèi)部電子的分布和行為,例如在上圖中,原子核外的“點”越密集的區(qū)域,電子出現(xiàn)的概率就越大) 與電子相比,太陽系中行星的運動,卻具備著確定的方向和軌跡,在任何時刻,我們都可以同時確定它們的位置和動量,除此之外,我們還可以根據(jù)現(xiàn)有的觀測數(shù)據(jù),精確地預(yù)測出太陽系中的各大行星在下一個時間點會出現(xiàn)在哪里。 小結(jié): 綜上所述可知,雖然原子和太陽系的結(jié)構(gòu)看上去有點相似,但從物理學(xué)的角度來講,兩者之間其實存在著本質(zhì)上的區(qū)別,因此可以說,太陽系并不是一個超大號的原子。 |
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