物理課上我們都學過原子結構,，原子是由原子核和電子組成的。多數人都知道原子核和電子只占了原子很小一部分,，但至于有多小,，并沒有一個具體的概念。

現在我們就來打個比方,。如果原子有一個體育場那么大,，原子核和電子有多大呢？

原子核就相當于一粒豆子那么大,，放在草坪上很難發(fā)現,。而電子就更小了，甚至比看臺座椅上的一?；覊m還要?。?/strong>

如此看來,，原子內部確實很空,。但雖然原子核很小，它卻占據了原子絕大部分質量,，原子的幾乎所有質量都集中在原子核上,，也就是質子和中子上。

那么原子核和電子之間的關系是什么呢,？

一些描述原子結構的示意圖會給出這樣的關系,，原子核位于原子中間，電子在外圍,，圍繞原子核運行,，就像地球圍繞太陽旋轉那樣。

其實這種示意圖是非常不嚴謹的,，雖然能更直觀地讓我們感受原子內部結構,，但確實誤導了很多人。而如果按照真實比例在一張紙上畫原子結構,，原子核由于太小,，幾乎畫不出來，電子就更不用說了,。

從體積上來講,，原子核體積只有原子體積的千億分之一，電子的體積幾乎可忽略不計。這就意味著原子核外圍99.99%以上的空間都是空的,。讓人無法想到的是,，體積如此小的原子核竟然占了原子質量的99.96%。

不過,，雖然原子核外面看起來是空的,，但并不是絕對的虛空，那里到底有什么呢,？

除了最簡單的氫元素之外,，其他元素的原子核都是由質子和中子組成的，中子是中性的,，不帶電,，而質子帶正電，所以原子核整體來看也是帶正電的,。

于是帶正電的原子核周圍就會有強大的電場,，同時電子帶負電也會產生電場，電子在原子核周圍運行時,，兩者之間就會依靠靜電力相互作用,。

電子體積非常小,，質量也很小,，只有大約10的負30次方千克，質量如此小以至于電子會以非常接近光速的速度運動,。再加上電子是隨機出現在原子核外圍的,，并不是沿著某個固定軌道運行的，所以電子的運動軌跡看上去就像一團云霧,，也就是我們通常所說的“電子云”,。

這里強調一下，不要以為原子核和電子之間很空,，然后你就可以隨便出入,。上面說了，電子會以“電子云”的形式呈現出來,，加上電子速度非?？欤瑤缀蹩梢运查g出現在原子核外圍每一個地方,，意味著電子會在原子核外圍會構建其無形的“外殼”,，除了中子和無所不在的中微子之外，其他物質是進不去的,。而這個外殼用專業(yè)術語描述就是“能層”,。

這也是為什么原子內部看起來很空，表現出來很堅硬的主要原因,。原子核能產生強大的電場,，而電子在原子核外圍構建起無形的“外殼”,，所以一般情況下，是無法突破這層外殼的,，除非遇到極端的環(huán)境條件,，比如說恒星的核心環(huán)境或者說核聚變反應堆。

了解了原子內部的構造,，再來看看原子核內部,。原子核是由質子和中子構成的，質子和中子是通過強相互作用力緊緊地被束縛在一起,。質子和中子的質量差不多,，都相當于電子質量的1838倍左右。

但事實上原子核的質量并不等于質子質量加上中子質量,，真實的情況下,，前者的質量更小一些，也就是說原子核質量小于質子與中子質量的總和,，這是為什么呢,？

這是因為強相互作用把質子和中子緊緊束縛在一起，會產生很強的結合能,，也是一種能量,，根據愛因斯坦的質能方程，能量也會體現出質量,。核聚變過程會生成更重的原子核,，同時釋放能量，相當于質量虧損了,，所以原子核的質量比質子和中子質量總和會更小一些,。

關于原子的核力。

相信不少人有這樣的疑問,，在原子核內部,，質子帶正電，兩個質子之間會因為相同的電荷互相排斥,，為什么質子之間還能緊緊“抱”在一起呢,？

簡單講，這就是強核力的作用,，也就是強相互作用,。

確實，質子都帶正電,，肯定會因此而相互排斥,，產生的排斥力就是靜電力。靜電力是很強大的，會使得質子有一定的勢力范圍,，物理學術語就是“庫侖勢壘”,。由于這個勢壘的存在，所以如果想讓兩個質子結合在一起,，就需要非常強大的力量才能做到,，這個力量必須足以對抗庫侖勢壘。

不過,，當兩個質子不斷靠近,，到了一定程度，距離達到2.5飛米時,，核力就開始起作用了,，會將兩個質子迅速拉到一起，同時向四周釋放出超強能量,，這就是核聚變的過程,，釋放的能量來自強相互作用發(fā)生的變化，,。

核力是很強的,，因此也被稱為強核力。自然界中存在四種基本作用力,，分別是強核力,，電磁力，弱核力,，還有引力,。如果強核力的大小為1的話，那么電磁力只有137分之一,，引力更小了只有10的負39次方。而靜電力其實就是電磁力,，這意味著強核力比靜電力要強大137倍,，所以強核力能輕松突破庫侖勢壘，讓兩個質子緊緊粘結在一起,，確保原子核的穩(wěn)定,。

按照量子力學的詮釋，強核力是一種強相互作用,，是通過膠子來傳遞的,，膠子與光子一樣，都沒有靜質量,，只能以光速飛行,。

下面一起了解一下質子和中子的結構。

以前人們質子和中子都是不可再分的基本粒子，不過隨著人類科技水平不斷提高,，在大型粒子對撞機中進行的碰撞實驗,，科學家們發(fā)現，質子和中子并不是基本粒子,，兩者都是可以再分的,。

質子和中子都是由更基本的夸克組成，都由三個夸克組成,，不同的是,，質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，而中子是由兩個下夸克和一個上夸克組成,。

由于“夸克禁閉”的存在,，夸克并不能單獨存在，所以我們并不能直接觀測到夸克,。何為夸克禁閉,？簡單理解就是，由于強相互作用的存在,，帶色荷的夸克被限制和其他夸克在一起,，使得總色荷為零。

夸克有六種“味”,，分別是上,、下、粲,、奇,、底及頂。上夸克下夸克的質量是所有夸克中最低的,。較重的夸克會通過粒子衰變的過程,，來迅速變成上或下夸克。粒子衰變是一個從高質量態(tài)變成低質量態(tài)的過程,。就是因為這個原因,，上夸克及下夸克一般來說很穩(wěn)定，所以它們在宇宙中很常見,，而奇,、粲、頂及底則只能經由高能粒子的碰撞產生,。

注意,，夸克的“味”當然不是我們平時吃飯感受到的味道，味并不是指我們平常所說的味道氣味,，是為了區(qū)分不同種的夸克而引進的,，簡單來講就是一個名稱,。

不同的夸克之間并不會相互吸引，那么它們到底是如何粘結在一起的呢,？還是通過強核力,，也就是強相互作用力。膠子這種基本粒子可以傳播強核力,，將夸克牢牢地束縛在一起,。

到這里，新的問題出現了,，如今科學界認定夸克與電子光子一樣,，都是基本粒子，基本粒子都是不能再分的,，那么夸克真的不可以再分嗎,？

起碼目前并沒有實驗證明夸克還能分成更小的基本粒子。不過物理學家們認為夸克應該是分層的,，這種分層決定了夸克不同的“味道”,，不同的“色”還有不同的質量。

或許隨著人類科技不斷提升,，未來某天人類會發(fā)現夸克電子等基本粒子也是可以再分的,，但起碼目前還遠遠做不到這點，科學是很嚴謹的學科,，我們可以去設想,，可以提出自己的理論，但更需要實驗來驗證,。

按照標準粒子模型,，目前科學家發(fā)現的基本粒子總體可以分為兩大類，分別是費米子和規(guī)范玻色子,，兩者有什么區(qū)別呢,？

費米子說白了就是基本粒子，把一個物體無限分割下去,，最終剩下的不能再分的就是費米子,。而規(guī)范玻色子是把費米子粘結起來的基本粒子，比如說光子和膠子都是規(guī)范玻色子,。

打個比方，費米子就像是磚頭,，而規(guī)范玻色子就像是水泥把磚頭粘結起來組建成一棟樓房,。而規(guī)范玻色子把各式各樣的費米子粘結起來形成各式各樣的宏觀物體。

具體來講,，基本粒子可以分為四大類,，分別是：6種夸克,，6種輕子，四種規(guī)范玻色子,，還有一個非常重要的基本粒子,，希格斯玻色子，也被稱為“上帝粒子”,，正是它賦予了基本粒子以質量,。

我們每天看到的豐富多彩的世界，看起來也非常簡單,，都是由最基本的幾種粒子構成的,。

來個總結

原子內部看起來很空，其實一點也不空,，甚至比我們每天看到的宏觀世界還要實在,，原子內部強大的靜電場和無所不在的電子云構建起堅固的“鋼鐵長城”，看起來“不可侵犯”,，外部物質很難進入,。

而原子核內部的質子和中子是通過強相互作用粘結在一起的，強相互作用力非常強大,，足以克服靜電力帶來的庫侖勢壘,。

質子和中子都是由三個夸克組成的，夸克之間也是通過強相互作用,，也就是強核力結合在一起的,。夸克是不可再分的基本粒子,。

總之就是,，原子內部并不是虛空，除了有基本的粒子之外,，基本粒子之間還有非常強大的電磁力,，強相互作用力，而這些力也是能量的一種表現,。通俗理解就是,，原子其實是質量與能量的結合體。原子內部有我們看得見的質子和中子存在,，還有看不見的能量,。

最后提一下弦理論，該理論認為所有的基本粒子都是由更小的弦組成的,，弦有封閉的也有開放的,，同時弦還會振動，振動形式的不同就會形成不同的基本粒子,。

不過弦理論太深奧了,，還牽扯到復雜的數學計算,。弦理論很難通過實驗來驗證，所以作為一個前沿理論,，弦理論還沒有被主流科學認可,，畢竟無法驗證的理論確實算不上一個好理論。

完,！