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原子內部為何99.999都是虛無的

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“歐洲核研究中心”簡稱CERN ( European Centre for NuclearResearch),1955年成立,一直致力於尖端物理研究。今天CERN的研究主題已經深入到了夸克一夸克組成了 質子和中子,進一步組成了原子核以及諸多其他短壽命粒子。正是由於此研究,這個實驗寫室在現在被稱為“歐洲粒F物理中心”。這個名字當然更府合反枝人土的要求。從日內瓦到CERN的公路上,到達實驗室時路對面會看到一棟奇怪的球形建築, 大概20米高,有點顯髒的深棕色,第一眼會以為是座核子反應堆。從遠處有這好像是廢奔的生鏽的鐵質建築,但是靠近觀察它其實是木質的,上面刷著幾個大字“La Globe“。

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La Globe建立地處於瑞土的另外個地方,是個展覽中心。一位科學家提議將這個難題轉換成一個有趣的謎語:La Globe是一一箇中空的球,裡面空無一物,既然CERN的科學家們都是原子方面的專家,就讓中空的LaGlobe本身成為原子的一一個隱喻吧。然後花了一點錢做了一個小球,直徑1 mm,懸浮在La Globe的中心。這樣- -來, 參觀者們就能親身體會到原子的空曠:這個小球就像原子核,而外牆代表原子的外圍界限。當然如果能再花點錢,用鐳射束在外牆上類比電子的退激和運動就更完美了。這樣可以稍微收點入場費。

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可惜這個提議沒被接受,公眾也就沒有機會花錢進入一件虛擬的藝術品,從而親身領略原子內部的空曠。

原子是一個巨大的虛空體,其內部的粒子也是一樣:它們內部實際上充滿了電場和磁場,其力量巨大,如果你試圖進入它們會瞬間將你阻停。正是這些力量使物質變得堅固,雖然構成的原子似乎是空的。當你看這段文字時,也許正舒服地坐著,那麼得益於這種力量,你實際在組成下方椅子的原子上方以一個原子高度懸浮著。

原子根本不是空的。在1906年,科學家發現其中充滿的巨能電場來源於原子核。當時,盧瑟福注意到,一束帶正電的a粒子4穿過雲母薄片後,後端的成像會變得模糊,這說明穿過雲母時a粒子發生了微射從而行勒跡發生了彎曲。這很奇怪。因為。粒子的行速度達到15 000 knV,是光速的120,能量巨大。電場和磁場都可以略微偏轉a粒子,但是僅穿過J幾個微米(百萬米)的雲母絕不可能做到這麼大的偏轉程度。

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由此他大膽設想:正是這種高強電場將電子禁鋼在原子中,也正是其偏轉了高速a粒子。

1909年,盧瑟福給年輕學生歐內斯特。馬斯頓( EmestMarsden)安排了一個任務,觀察是否有a粒子被偏轉了很大的角度。馬斯頓用金片代替了雲母,使用閃爍屏來探測散射後的a。他將探測屏四處移動,從金片後方到側面,甚至放射源周圍。這樣他可以探測到大角度偏轉的,甚至是反射的a粒子。

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出乎所有人意料,馬斯頓發現1/20 000的a粒子會被反射回源處並打在源附近的探測屏上。這個結果簡直不可思議。當時所知最強的電場力都極難偏轉a粒子,而僅僅數百個原子的薄金片卻直接將其偏轉了180°。 難怪盧瑟福驚呼:“這就像你用15英寸炮彈去轟-張 白紙,炮彈卻被直接彈回把你炸死了!”

盧瑟福計算了a粒子子可以到達的與與正電荷的最近距離,其結果十分震撼:只有在極罕見情況下,a粒子才能(能在被反射前到達離原子中心萬億分之一理米距離處,,即原子半徑的萬分之一處。及原子幾乎99。9999%的空間都是空無的。

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