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原子内99.9999%以上都是空的,假如原子内没有空间,地球会有多大
最后更新:2023-12-07 作者:admin  浏览:400次

在过去的很长一段时间里,人们都认为原子是构成物质的最小单元,它不可分割,并且是实心的。直到19世纪初,英国物理学家欧内斯特.卢瑟福()才使人们彻底地改变了这一认知,他通过著名的“α粒子散射实验”清楚地告诉了我们,原子其实是空心的。

在接下来的研究工作中,科学家又进一步发现,原子的内部不但是空的,而且还空得离谱,甚至可以说原子内99.9999%以上都是空的。为了帮助大家了解原子内的空旷程度,我们可以拿氢原子来举例说明。

氢原子是宇宙中最简单的原子,原子半径约为0.037纳米(3.7x10^-9厘米),它的原子核只有一个质子,半径大约为8.4x10^-14厘米,可以看到,氢原子的半径大约是其原子核半径的4.4万倍。

这是什么概念呢?这样讲吧,假如把氢原子放大到鸟巢那么大,那么它的原子核就是一个半径大约0.4厘米的小不点,其体积比一只普通的蚂蚁还要小一些。

除了原子核以外,氢原子还有一个电子。关于电子的大小,由于观测水平的限制,目前我们还不能得到准确的数据,在相关理论中,电子普遍被认为是一个没有体积的“点粒子”,而在相关实验中,科学家得出的结论是,电子的半径是不大于10^-16厘米的。

因此我们可以认为,电子的体积应该是远远小于原子核的,如果把原子核比作蚂蚁,那么电子很可能只有一粒尘埃那么大。想象一下,在一个鸟巢那么大的空间里,除了在它的中心有一只蚂蚁之外,就只有一粒尘埃在这个巨大的空间里随机出现了,原子的空旷程度可想而知。

一个有意思的问题是,地球也是由数量众多的原子构成,既然原子内99.9999%以上都是空的,假如原子内没有空间,地球会有多大?

这个问题看上去比较复杂,但实际上我们可以找到一个相对简单的计算方法。在宇宙中,当一颗恒星耗尽了自己的“燃料”之后,就会在自身引力的作用下向内坍塌,在这个过程中,如果这颗恒星的质量足够大,其自身的重力就会将其核心的原子全部压碎,并最终形成一种密度极高的天体——中子星。

在中子星内,所有的质子、中子和电子都被挤压在一起(质子和电子一起形成了中子),显而易见的,这就是我们想要的效果(令原子内没有空间)。因此我们只需要计算出当地球压缩成中子星密度时的体积,就可以得到这个问题的答案了。

接下来的事情就很简单了,根据公式“体积等于质量除以密度”,将地球的质量(5.965x10^27)克,以及中子星的密度(这里取中子星的理论最高密度2x10^15克/立方厘米)代入公式,经过计算后我们得出,假如去掉地球所有原子内部的空间,地球的体积大约为2.98x10^12立方厘米。

这个数字可能还不太直观,我们再将其换算一下:假如地球在这种状态下是一个球体,那么它的半径仅仅只有大约89米。(注:为了简单直观,本文引用的数据仅为近似值)

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