(文章來源:網絡整理)
對于大多數人來說,所謂的“真空”是指不存在任何物質的空間狀態。我們也可以理解成是一定區域內的氣壓遠遠小于大氣壓。關于這種定義,我要簡單說一下,在這種頂一下的“真空”,實際上,絕對真空是不可能存在的,即使是外太空都不是絕對的真空,而認為抽真空也沒辦法實現絕對的真空。
那接下來,我們說一說原子內電子和原子核之間的是不是存在絕對的真空。不過,后來隨著量子力學的發展,科學家發現核外的電子并沒有所謂的預定軌道,它并不像行星和太陽系之間的關系,電子在原子核外是呈現電子云的狀態,意思是,電子的位置是隨機的,連它自己都不知道下一刻會出現在哪,我們只能用概率來描述電子出現的可能性。
其次,其實原子核特別小,原子有一個足球場那么大,而原子核可能只有一只螞蟻那么大。而電子目前大多數科學家認為,電子是沒有體積,目前在10^-18米尺度下沒有得到電子的體積,因此,原子內部大部分都是空心的。那原子核和電子之間的空間是真空的么?答案很簡單,其實并不是。
原子核和電子之間非但不是真空,相反其實特別熱鬧。想要了解這個,我們就要從粒子物理標準模型說起。科學家通過粒子物理標準模型統一了四大作用力中的強相互作用,弱相互作用和電磁相互作用。而這三種作用其實都在亞原子層面都有存在。
首先,我們可以都知道電子是帶一個單位負電的,而原子是帶正電的。因此,電子和原子核之間就有電磁相互作用,而傳遞電磁相互作用的是光子。因此,在電子和原子核之間,是存在光子以運動的形式在傳遞電磁作用。甚至是電子在發生能級躍遷時,也會吸收或者放出光子,而這些光子的方向是隨機,就有一定的概率穿過整個原子。因此,至少在電子和原子核周圍是會存在光子的。
其次,還有存在一種被人叫做“上帝粒子”的希格斯玻色子。整個粒子其實是負責質量的,它廣泛存在與整個空間當中,無論是電子、原子核都會受到希格斯玻色子的影響。電子和原子核由于通過希格斯場被減速下來,因此才獲得了自身的質量。
除此光子、希格斯玻色子,還有可能會有中微子。在粒子物理標準模型中,中微子是一種輕子。由于它很難和物質反應,所以中微子穿透力極其強大,質量還特別小。我們的身體時時刻刻都有中微子穿透,但我們根本感覺不到,大概是每秒鐘會有1000萬億個中微子穿過一個人的身體。
那這些中微子都是哪里來的呢?穿過地球人類的中子絕大多數來自于太陽,太陽的核心正在發生核聚變反應,只要有質子-質子反應和碳氮氧循環反應,在反應過程之,氫發生核聚變融合成一個氦-4。在這個過程中會釋放出大量的中微子。
而中微子的出現本質上其實和弱力是有關系的,這其實就和β衰變有關。如果是“正β衰變”,核內的一個質子會轉變為中子,同時釋放出一個正電子和中微子。如果是“負β衰變”,核內的一個中子會變成質子,同時釋放一個電子和一個反中微子。
在這個弱力的作用下,不僅有中微子,還有電子。所有,還有一定的可能性就是,原子核和電子之間會出現反中微子和正電子。所以,電子和原子核之間并不存在絕對的真空,相反其實很熱鬧,其實存在著光子,電子,中微子,希格斯玻色子。
而且我再補充一點,實際上,根據量子力學,“真空”其實也不是一無所未有,實際上,真空是不空的,存在這量子漲落,會有虛電子對產生。根據狄拉克方程,真空其實就是量子場系統的基態,意思是能量最低的狀態。所以,真空其實不空。
(責任編輯:fqj)
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