天下上最小的东西是什么？在多年前的物理学界，这个问题的谜底一度是“原子”。

是化学响应中的最小单元，咱们常听闻的化学响应——毁掉响应，即氢气（H₂）在氧气（O₂）中毁掉生成水（H₂O）的化学方程式，其中的氢分子就由两个氢原子构成，同理其中的氧分子则由两个氧原子构成。

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不外，在其后的物理学研究中，科学家们渐渐发现，本合计照旧是最小微粒的原子还能不息被切割得更小——原子的里面，还存在着原子核，以及绕核旋转的电子。

既然发现了原子核以及电子这两个新奇的“小玩意儿”，科学家们当然要对这两个微不雅粒子进行深刻的“体检”——在“称重”时，科学家们很快发现，一个原子的质料简直都辘集在原子核上，其占比以至达到了99.96%以上。然则，原子核的体积却相配小，只占统统这个词原子体积的几千亿分之一。

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这就奇怪了，原子核的体积照旧这样小了，要知谈电子的体积还要比原子核的体积更小。也即是说，一个原子的里面，把原子核与电子除开外，其实99％的空间“都是空的”！难谈，传奇中艰深的“王人备真空”，就存在于原子的里面吗？

让咱们给原子作念个小“手术”，细细“剖解”它里面的结构，揭开问题的谜底……

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原子里面的结构阐明

原子里面的结构是何如的？原子里面的中心是原子核，原子核由质子和中子两种微不雅粒子所构成。其中，质子的存在出奇神奇，它就像一位魔法师，不错随和变化原子的“包摄”——只须调动质子的数目，就不错调动原子所属的元素。

举例，唯唯一个质子的原子是氢原子，它的原子序数为1，它也因此成为了元素周期表中的第一个元素。而如果给氢原子核中再添加一个质子，它就变成了氦原子，原子序数随之变为2，在元素周期表中对应的是第二个元素——氦元素。

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在原子核的周围，有电子不休地沿着特别的轨谈，以它为中心，环绕着它畅通。电子的数目和原子核中质子的数目调换，也即是说，一个原子核中有几许个质子，它的周围就有几许个电子围绕着它畅通。举例氢原子中唯唯一个质子，那么相应地，它也唯唯一个电子。

看起来，统统这个词原子里面的环境就像一个微缩的寰宇系统。电子围绕着原子核旋转，且有着其特别的轨谈，这就不详月球绕着地球动掸、地球绕着太阳动掸相似——诚然不错这样简便地进行搭伙，但事实上这两种环绕系统存在很大的判袂。

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月亮环绕地球、地球环绕太阳，两者其实都有固定的畅通轨谈，不会发生调动。但在原子里面，电子围绕原子核畅通的花式却是“一层一层”的。原子核周围有着不同的能级轨谈来供给电子畅通，其中每个能级都不错容纳一定数目的电子，而电子则不错在不同的能级之间跃迁。

当电子从高能级跃迁至顽劣级时，会开释出能量，这种能量一般以光子的体式存在，这就酿成了不同原子特有的光谱，可供科学家们辩认这些原子的身份。

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咱们都知谈，原子中主要的质料都由原子核提供，但原子核的体积却出奇小，而电子的体积还要比原子核更小。如果把统统这个词原子放大到一个畅通场那么大，那么原子核在其中唯唯一颗红豆的大小，而电子的大小更是微如一粒尘埃，如果在电脑上涌现这样一张图片，电子的大小以至还不如一个像素点大。

也即是说，在原子里面这个偌大的“畅通场”内，除了一颗绿豆和几粒灰尘之外，99％的空间都是空空荡荡的——那么，这些空间里难谈果真什么也莫得吗？难谈这些空间是以一种“王人备真空”的体式存在的吗？

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不是一粒“珠”，而是一派“云”

在咱们对电子的印象中，它一直都像是一粒弹珠，或是一个小球，围绕着中心的大球旋转，然则事实却并非如斯，它的存在体式其实更像是一派“云”。

骨子上，由于电子实在太小了，且一直在以接近光速的速率畅通，是以东谈主类现时还无法委果不雅察到它。因此，适用于宏不雅物体的经典物理学照旧无法匡助咱们搭伙电子的畅通规矩，这时，新的物理学应时而生了，它即是量子力学。

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在量子力学的划定中，电子的存在体式发达出波粒二象性，不错用粒子的特质来描述，但更多的时辰发达为波的特质。“波函数”不错解说电子存在的经过，它所暗示的并不是电子委果存在于某处，而是用于暗示电子出当今特定位置的概率，也即是电子存在于某处的可能性。

电子在原子中的位置并不成精准地笃定，而是以一定的概率存在于一个区域中，这个区域便被称为原子轨谈或是电子云。也即是说，从单纯的表面上讲，一个原子核周围的电子可能存在于原子核隔邻，但也以至可能存在于地球之外，只不外从概率上来说，电子存在于地球之外的可能性简直为零。

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既然无法委果地笃定电子的位置，而只可用可能性来描述它的存在，那么，在某个层级轨谈上，电子就可能出当今A处，也可能出当今B处，以至可能同期出当今两处。唯独咱们委果地不雅察到了它出当今某处，才智使其波函数坍缩于此处，阐明其中的某一种可能性。

因此，电子位置的不笃定性在某种进程上对咱们来说就意味着原子核外的电子无处不在——以这种量子力学的视角来解说，在原子里面、原子核之外的空间里，其实充满了电子。

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但这终究是把不笃定性夸大了的说法，如果要再严谨极少，以经典物理学的角度来解读问题，咱们就要去探究电子和原子核之间的相干。

骨子上，电子和原子核之间随时都在发生着相互作用。电子带有负电荷，而原子核中的质子带有正电荷，由于异性相吸的旨趣，电子会被原子核诱骗带向原子的中心——这种力被称为库仑力，是电子之是以不错在原子里面自如存在的原因之一。

此外，由于同性相斥的旨趣，不同的电子之间会产生相互抛弃的力，这即是原子中的泡利不相容旨趣。这就使得原子中的电子不会堆积得过于清雅，而是比拟有序地离隔距离。

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两种相互作使劲的存在看守了原子里面的均衡，它们诚然听起来大相径庭，但骨子上却都基于归并个重心——电磁力。也即是说，以经典物理学的视角来看，原子里面除了原子核与电子的存在之外，剩余的空间主如若电磁场。

玄虚下来看，原子里面除了原子核与电子之外，似乎大部分空间都是空的，但骨子上其中却充满着无形的电磁作使劲以及量子力学效应，也即是电磁场和“电子”——这部分空间并非“真空”。

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“王人备真空”存在吗？

原子里面看似虚无，但骨子上也充满了粒子间的相互作使劲。那么，骨子糊口中有莫得一派空间，是如实不存在职何物资、能量、粒子、作使劲或是放射的“王人备真空”呢？

上文咱们照旧说起了量子力学中量子的波动性质，咱们不错庸俗地把它搭伙为一种可能性和就地性。在量子力学的视角下，即使在隧谈的真空景象下，咱们从中找不出任何一枚粒子，但量子场仍然存在。

因为可能存在一种捏造的粒子对，它们其中一枚粒子具有正能量，另一枚具有负能量，它们不错在俄顷生成，又简直同期地相互对消、堙灭，就不详潮涨潮落一般，使得空间再次回到真空景象。这些捏造粒子可能不真正存在，但它们是能量波动的枢纽发达。

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而在实践的实验中，科学家们应用真空泵以过火他时候来尽可能地移除空间中的各式物资，比如空气和各式微不雅粒子，创造一种无尽接近于真空的环境。但骨子上，无论应用何种技能，空间中也仍会残留一些粒子和放射，举例各式寰宇射线，以及残余的气体分子。

因此，联络经典物理学的实践实验以及量子力学的表面角度来看，“王人备真空”都是不存在的。

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东谈主类肉眼的视觉才略是有限的，咱们用肉眼看见的事物偶然即是它的全貌。当咱们把眼神放至微不雅天下时，可能会颠覆我方的领会，意识到一个全新的天下。如今的量子力学还在发展完善的谈路中，咱们也期待着更多的新研究恶果，来解开未知的各样引诱。

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