這是基於(yu) 回答網友的問題：原子核放大到籃球場那麽(me) 大，拿（工具）去刮鑿挖，能挖到邊角料嗎？

這是一個(ge) 異想天開的問題。因為(wei) 原子看不到摸不著，許多人就有這種幻想，就希望把它放大來看看到底是個(ge) 啥模樣。現在我們(men) 就來通過這種假設，了解一下原子的有關(guan) 性質。

原子核放大到籃球場這麽(me) 大，原子有多大？

一個(ge) 標準的籃球場，長度為(wei) 28米，寬度為(wei) 15米，周邊還要有一些空地。通常人們(men) 認為(wei) 原子和原子核都是圓球狀的，我們(men) 就按照籃球場的內(nei) 空尺寸放大原子核，這個(ge) 核就是一個(ge) 15米直徑的球。

不同的原子有不同的核子結構，最小的原子核隻有1個(ge) 質子，原子量為(wei) 1；最大的原子核有118個(ge) 質子，179個(ge) 中子，原子量達到297。我們(men) 不去管它，隻按照一般的說法，原子的數量級在10^-10m尺度，原子核的數量級在10^-15m尺度，來衡量這個(ge) 原子有多大。

這樣，如果原子核放大到直徑15米，這樣原子核放大倍數為(wei) 1.5億(yi) 億(yi) 倍。那麽(me) 將原子直徑增加同等倍數，這個(ge) 原子直徑就有1500公裏。用現實中的物體(ti) 比較，這個(ge) 原子核就差不多有一幢別墅那麽(me) 大，而原子就要占據一個(ge) 100萬(wan) 平方公裏的範圍，而中國總麵積才960萬(wan) 平方公裏。

這個(ge) 原子就相當一個(ge) 小星球，差不多有鳥神星那麽(me) 大，鳥行星是太陽係第三大矮行星。而這個(ge) 星球般大的原子，總質量的99.87卻在別墅般大的原子核上，體(ti) 積卻隻有整個(ge) 原子的幾千億(yi) 分之一，占據了巨大空間的電子質量幾乎可以忽略不計。

那麽(me) 原子是虛空的嗎？

看起來的確是這樣，實際上並非如此。早些時期，人們(men) 認為(wei) 的原子形態是行星模型，就是一個(ge) 個(ge) 電子圍繞著原子核在不同能級上運動，就像一顆顆行星圍繞著太陽旋轉，所謂虛空就是這麽(me) 來的。

後來量子力學的發展，粒子運動的不確定性原理認為(wei) ，人們(men) 無法確定粒子運動的位置和動量，因此電子隨機地在原子核周圍運動，隨時可能出現在任何位置，這樣就形成了電子雲(yun) 模型。可以理解為(wei) ，原子的電子外殼實際上並非一個(ge) 乒乓球樣的外殼，而是充實在每一個(ge) 位置的點。

別看這占據質量極少的電子外殼，卻牢固地包裹保護著原子核，要打破這個(ge) 堅硬的外殼，接觸到內(nei) 部的核，一般的常力是無法做到的。就如題目所說，即便這個(ge) 原子變成鳥神星這麽(me) 大，用挖掘機、槍炮、原子彈也無法撼動其表麵半分，更別說拿把鋤頭，或提著一個(ge) 工具箱去挖、鑿、刮原子核了。即便能刮動外圍表土，你有辦法挖到鳥神星的核心嗎？

多大的力才能打破原子的電子外殼呢？

在地球上，組成物質的原子和分子之間是有很大間隙的，因此物質的確是疏鬆虛空的。任何物質，就連鋼鐵、金銀在高倍電子顯微鏡下，其結構也是空洞大於(yu) 實體(ti) ，因此物質在極大壓力下，就會(hui) 被壓縮，密度增大。

但這種增大隻是分子、原子之間間隙的縮小，並不會(hui) 觸動原子外殼本身。地球上最大壓力在地心，是海平麵壓力的360萬(wan) 倍，那裏的物質在高溫高壓下成為(wei) 特殊的流體(ti) 狀，其堅硬和韌性比地球任何地方的物質都大，但原子形態依然沒有撼動半分。

壓力的單位為(wei) Pa，稱帕斯卡，簡稱帕，海平麵大氣壓為(wei) 101.325kPa（千帕），通俗說法為(wei) 1個(ge) 大氣壓，也可以說1公斤壓力，就是每平方厘米承受1公斤的壓力。

在木星、土星等大質量行星，核心壓力達到幾百甚至幾千萬(wan) 個(ge) ，氣態氫在這種壓力下成為(wei) 液態，甚至成為(wei) 金屬態，但氫原子的形態依然是完整的。

而人力能夠形成的壓力有多大呢？挖掘機的壓力也就300公斤左右，狙擊步槍子彈對目標壓力約1000公斤，原子彈爆炸核心壓力可達幾十萬(wan) 個(ge) 大氣壓強。也就是說地球上人為(wei) 的力是無法打破原子電子外殼的，更別說觸動內(nei) 部的原子核了。

能夠撼動原子外殼的白矮星。

宇宙中有一種星球叫白矮星，體(ti) 積隻有地球大小，質量卻相當太陽這麽(me) 大，因此其密度極大，達到10噸/cm^3，這種星球一般是太陽質量8倍以下的恒星，死亡後留下的屍骸。

這種星球為(wei) 什麽(me) 密度有這麽(me) 大呢？就是因為(wei) 極高的引力壓，將物質的原子外層結構破壞了，原子外層電子成為(wei) 自由電子，被壓縮到最靠近原子核的能級，電子之間的距離被壓縮靠近了。但白矮星物質的原子核依然沒有脫離電子的保護，隻是蕩漾在電子的海洋中。

這個(ge) 壓力有多大呢？研究表明白矮星表麵引力壓力達到地球的4.5億(yi) ~10億(yi) 倍，表麵重力達到地球表麵的18萬(wan) 倍以上。這樣巨大的壓力雖然把原子外層電子壓得緊致了，電子與(yu) 原子核之間的空間變小了，但依然無法觸及到原子核。

隻有當白矮星通過吸積達到錢德拉塞卡極限，也就是1.44個(ge) 太陽質量以上，白矮星就會(hui) 坍縮成一個(ge) 中子星。

量子簡並壓是支撐白矮星、中子星的力量。

何謂量子簡並壓？量子力學把基本粒子分為(wei) 玻色子和費米子，電子、質子、中子都屬於(yu) 費米子。費米子粒子遵循泡利不相容原理，就是費米子組成的係統中，不能有兩(liang) 個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 以上的粒子處於(yu) 完全相同的狀態。通俗點說就是當它們(men) 在一起時，就會(hui) 像小孩子們(men) 玩遊戲一你推我搡，相互不讓靠近，隻有在極大壓力下，才會(hui) 壓垮這種排斥力。

白矮星就是依靠電子與(yu) 電子之間的相互排斥力，支撐著巨大的重力壓力，維持著星球的物質形態。這種支撐壓叫電子簡並壓。當引力壓力進一步加大，電子簡並壓無法支撐這種壓力時，電子就被壓到了原子核裏。

由於(yu) 電子帶負電，原子核的質子帶正電，它們(men) 碰到一起就會(hui) 中和變成中子。這時，中子與(yu) 中子之間相互排斥的壓力支撐著物質保持某種形態，這種支撐壓就叫中子簡並壓，這種全部由中子組成的物質就叫中子簡並態物質，有這種物質組成的星球就叫中子星。

中子星體(ti) 積隻有10公裏左右直徑，質量卻達到太陽的1.44倍以上，因此其密度高達10億(yi) 噸/cm^3，表麵壓力達到10^18個(ge) 大氣壓強，也就是每平方厘米1000萬(wan) 億(yi) 噸。

宇宙中頂級極限壓力就是黑洞。

當中子星通過吞噬恒星或星際物質，達到奧本海默極限，也就是中子星質量達到太陽3倍以上，中子簡並壓就無力支撐自身巨大引力壓力了，所有物質都無限坍縮到中心那個(ge) 無限小的奇點上，中子、誇克都破碎化為(wei) 烏(wu) 有，可見物質再也不存在，隻剩下質量、電荷、角動量三個(ge) 物理量，這就是黑洞。

由此可見，要破壞原子外殼，改變原子核結構，依靠蠻力是做不到的，需要的力量太大了。但聰明的科學家們(men) 並不需要蠻力解剖原子，而是通過高溫、低溫、碰撞等方式，深入到原子核內(nei) 部去了解物質深層次本質，如可控核聚變、波色~愛因斯坦凝聚態、大型強子對撞機等方式，獲得了許多基本粒子的信息，從(cong) 而讓人類文明走向新的高度。

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