說起“核”,我們指的可不是桃核杏核,而是原子核!平時我們很難看到原子核,因?yàn)樗鼈兲×?。普通人眼能夠分辨的最小尺寸?.1毫米,視力更好的一些人能勉強(qiáng)看到0.05毫米。而原子的直徑大約為10-10米,原子核的直徑則是10-15米。這是什么概念呢,相當(dāng)于100億個原子核聚集在一起,我們才能勉強(qiáng)用肉眼看到??上攵雍擞卸嘈?。
原子核
但是放眼整個宇宙,銀河系的直徑大約是10萬光年,約合1020米。在銀河系中,地球也就是相當(dāng)于人體之中的一顆原子而已。
至大無外,至小無內(nèi)?!肚f子·天下》
雖然我們無法像觀測宇宙、觀察地球一樣研究原子核,但是莊子告訴我們,其實(shí)大的東西跟小的東西,除了大小有差別,其實(shí)本質(zhì)上并無差別。它們遵循相似的規(guī)律,有著相似的行為,甚至有時候可以相互轉(zhuǎn)化。比如根據(jù)天體物理學(xué)家的研究恒星的最終結(jié)局就是質(zhì)量極大的奇點(diǎn)。而宇宙也是從一個奇點(diǎn)通過大爆炸產(chǎn)生的。
宇宙星系與星云
一花一世界,一木一浮生?!斗鸬洹?/p>
“一花一世界”說的是宏觀世界與微觀世界有著奇妙的聯(lián)系。原子雖小,其實(shí)跟我們生活的地球很像。為了能夠更加形象的了解原子及原子核,我們不妨把原子核想象稱為一座城,并姑且把它稱之為“核城”吧。
這座城市同我們現(xiàn)在常見的城市一樣,分為市區(qū)和郊區(qū)。市區(qū)就是我們所謂的“原子核”,是核城之核心區(qū)域。正如城市市區(qū)的人口密度極大一樣,原子核的密度極大,集中了99.9%以上原子的質(zhì)量。密度高達(dá)1017千克/立方米,1立方米的體積如裝滿原子核,其質(zhì)量將達(dá)到1014噸,即1百萬億噸。而在核城的郊區(qū),零零散散地住著一些不愿意被城里的快節(jié)奏所束縛的人。他們每天自由自在,像云一樣到處飄蕩,經(jīng)常被稱為“電子云”,所以我們姑且就稱郊區(qū)為“云棲小鎮(zhèn)”吧。
原子核與電子云
上面的這張圖,非常形象的顯示了原子核與電子云的形態(tài)。是不是跟飛滿衛(wèi)星的地球有點(diǎn)像?說句玩笑話,也許電子真的是原子核發(fā)出的衛(wèi)星也說不定。我們苦苦尋找的外星人,也許就生活在核城之中。
有之以為利,無之以為用?!独献印さ赖陆?jīng)》
電子云非常稀薄,又占據(jù)了很大的空間,有跟沒有一樣。有人會問那它們有啥用呢?想象一下地球大氣層吧,你就知道它們多么有用!首先它們可以有效的保護(hù)原子核。上文已經(jīng)說過,原子核的密度很大,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,質(zhì)量越大的東西,蘊(yùn)含的能量越大。假如原子核周圍沒有范圍廣大的電子云,那么原子核之間就很容易相互碰撞,那么將是災(zāi)難一場。但是有了電子云就不一樣,當(dāng)兩個原子相撞了,首先相互作用的是電子云。電子云是帶電的,而且都是負(fù)電,我們都知道同性相斥,兩團(tuán)電子云剛一接觸就想驅(qū)逐對方。當(dāng)然摩擦和沖突也是少不了的,但是對于遠(yuǎn)在市區(qū)的原子核來說幾乎沒有影響。
那么原子核里面是啥樣的呢?根據(jù)科學(xué)家的研究,它并不是鐵板一塊,而是由質(zhì)子和中子組成。用核城來形容的話,里面住著男人和女人。其中質(zhì)子是男人,他們都是非常富有,非常聰明,并充滿正能量的(質(zhì)子帶正電)。質(zhì)子的諧音就是“置資”,可見他們多么的有錢。這些有錢的男人們,當(dāng)然需要女人(中子)的陪伴。中子的諧音就是“忠姊”。所以一般情況下,她們非常忠心,一旦結(jié)合成為伴侶,就會老老實(shí)實(shí)的待在質(zhì)子的身邊。
而電子則非常像質(zhì)子請來的保鏢,所以質(zhì)子的數(shù)量經(jīng)常是與電子的數(shù)量是一致的。他們身輕如燕,每天都是高速的在質(zhì)子和中子的家附近跑來跑去,時刻保護(hù)著這個家的周全。一旦發(fā)現(xiàn)有外人靠近,就會立即采取驅(qū)逐行動。
多個質(zhì)子經(jīng)常會像兄弟一樣形成家族。不同的家族就形成了我們世界的各種物質(zhì)。例如我們比較熟悉的惰性氣體氦,它的原子核里有兩個質(zhì)子,同時這兩個質(zhì)子各有一個妻子。也就是說,氦的原子核里面有兩個質(zhì)子和兩個中子。聽起來似乎非常的和諧,但是只是個例。其實(shí)原子世界里既不是一夫一妻制,也有單身貴族。
原子核結(jié)構(gòu)
比如元素周期表中的第一位氫元素吧,它不僅喜歡獨(dú)來獨(dú)往,而且是一位獨(dú)身主義者。也就是說,氫原子核孤單單的只有一個質(zhì)子,而且沒有中子,氫原子和它的電子形成的體系很像地球和月亮。雖然氫是名副其實(shí)的孤獨(dú)王子。但這似乎對他并沒有什么影響,他可謂是一身“氫”松。每天就是旅旅游,逛逛街,一人吃飽,全家不餓,好不自在。
氫原子結(jié)構(gòu)
再比如脾氣非常暴躁的鈾元素吧,它有一個大家族,足足92個兄弟住在一起。并且,他們的妻子并不是92個,而是一百四十多個,所以說鈾真的是很油啊。不僅如此,由于兄弟眾多,紛爭也在所難免,其結(jié)果就是鈾家族經(jīng)常是一言不合就分裂了。鈾家族的分裂還十分可怕,科學(xué)家稱之為叫做“裂變”,并利用其制造原子彈。所以鈾家族每次裂變都是驚天動地的。
鈾原子結(jié)構(gòu)及其裂變
還有不得不提的鐵元素。鐵元素家族中一共有26個質(zhì)子兄弟,他們一共有30個妻子。雖然同樣是男少女多,但是鐵家族是特別的和諧穩(wěn)定,是一群名副其實(shí)的“老鐵”??茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn),鐵是宇宙中最穩(wěn)定的元素,比鐵質(zhì)子少的元素,家族太小,喜歡聚會(聚變);比鐵質(zhì)子多的元素,家族太大,容易裂變。只有老鐵們,踏踏實(shí)實(shí),安安靜靜。由于鐵的超高穩(wěn)定性,宇宙中很多星球的都是以鐵作為核心。
鐵原子結(jié)構(gòu)
在核城里,有的家族質(zhì)子數(shù)量相同,但是中子數(shù)量卻不相同,這種還是屬于同姓家族,不過是遠(yuǎn)房親戚,它們相互之間稱呼對方為同位素。還拿氫原子來說事吧,當(dāng)單身的氫原子有了一個妻子(中子),就變成了氘(dao)元素;而當(dāng)它取了兩個妻子,就變成了氚(chuan)元素。這時候氘和氚都是氫的同位素。
氫元素及其同位素
科學(xué)家對原子及原子核的結(jié)構(gòu)的研究過程,也是一波三折。最初科學(xué)家認(rèn)為,原子是構(gòu)成世界的基本顆粒,不可以再分了。直到他們發(fā)現(xiàn)了原子核內(nèi)還有質(zhì)子和中子。然后他們就認(rèn)為質(zhì)子和中子就是基本顆粒,不可再分了,直到他們發(fā)現(xiàn)了夸克。目前科學(xué)家認(rèn)為夸克就是組成世界的最基本的顆粒。以后他們會不會又變卦呢?這個只有科學(xué)家自己才知道。
每個質(zhì)子由三個夸克組成,每個中子也是由三個夸克組成,這是科學(xué)家的最新研究成果。不同的質(zhì)子和中子組合就構(gòu)成了豐富多彩的世界,是名副其實(shí)的“三生萬物”啊。從一個原子核,到一個質(zhì)子一個中子,再到三個夸克,正應(yīng)了中國那句老話:道生一,一生二,二生三,三生萬物。后來科學(xué)家又發(fā)現(xiàn),夸克雖然作為基本顆粒,但并不是一模一樣,而是分為六種。并分別給他們起名字叫:上(u)、下(d)、奇(s)、粲(c)、底(b)及頂(t)。
夸克構(gòu)成的質(zhì)子和中子
而在中國幾千年前就產(chǎn)生的古老周易文化之中,八卦按照上下卦進(jìn)行疊加生成六十四卦。每一個都含有六個爻。分別為“初爻、二爻、三爻、四爻、五爻和上爻”,跟夸克的六種類型似乎是一一對應(yīng)的,值得人們?nèi)ド钏肌?/p>
周易八卦及其爻變