如果我們能進(jìn)入原子內(nèi)部,可以看到什么東西呢?
要回答這個(gè)問(wèn)題,我們就要先了解原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。
原子是組成實(shí)體物質(zhì)的基本單位,由居于原子中心的帶正電的原子核和帶負(fù)電的繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子組成。原子核是由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子組成。原子質(zhì)量分為絕對(duì)原子質(zhì)量和相對(duì)原子質(zhì)量。絕對(duì)質(zhì)量指的是1個(gè)原子的實(shí)際質(zhì)量,也可以叫做原子的絕對(duì)質(zhì)量。一個(gè)質(zhì)子的絕對(duì)質(zhì)量是1.67×10^-27千克,一個(gè)電子的絕對(duì)質(zhì)量是9.11×10^-31千克,質(zhì)子的質(zhì)量是電子的1842倍。質(zhì)量相對(duì)原子質(zhì)量是原子的相對(duì)質(zhì)量,即以一種碳原子(原子核內(nèi)有6個(gè)質(zhì)子和6個(gè)中子的一種碳原子,這種碳原子可簡(jiǎn)單地用12C表示)質(zhì)量的十二分之一作為標(biāo)準(zhǔn),其他原子的實(shí)際質(zhì)量跟它相比較,所得的數(shù)值,就是該種原子的相對(duì)原子質(zhì)量。相對(duì)地球和月球所組成的地月系統(tǒng),月球就顯得有點(diǎn)大了。地球的質(zhì)量為5.976×10^24千克,月球的質(zhì)量7.349×10^22千克。地球質(zhì)量是大約是月球質(zhì)量的81倍。
原子的尺度大約是10×10^-10米,相當(dāng)于0.1nm,原子核的尺度大約是10×10-15米,原子核的尺度大約是整個(gè)原子尺度的十萬(wàn)分之一,所以原子的內(nèi)部空空如也,具有很大的空間,大概尺度相當(dāng)于月球到地球的距離的尺度。
原子內(nèi)部電磁輻射的組成是由低頻率到高頻率波段,主要分為:無(wú)線電波,微波,紅外線,可見(jiàn)光,紫外線,X線和γ射線。人眼可接收到的電磁波稱為可見(jiàn)光,它們的波長(zhǎng)是380∽780nm。因?yàn)榭梢?jiàn)光的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于原子的尺度,所以可見(jiàn)光不能射進(jìn)原子核的內(nèi)部。假如我們可以縮小到原子核的尺度,進(jìn)入原子的內(nèi)部,我們是什么也看不見(jiàn)的。但我們可以用高能射線,比如γ射線來(lái)觀測(cè)。
原子的內(nèi)部不但有這些實(shí)體的粒子,而且還有一些力場(chǎng)——電磁場(chǎng),萬(wàn)有引力場(chǎng)等組成。
萬(wàn)有引力定律在宏觀世界是經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次檢驗(yàn)非常精確的定律,但在微觀的世界是否適用呢?
在宏觀世界,萬(wàn)有引力的引力場(chǎng)充滿整個(gè)宇宙的空間,如果把空間量化,一個(gè)普朗克值得體積內(nèi)引力場(chǎng)的基本單位——引力子在一個(gè)方向的數(shù)量,我們稱為引力子的矢量密度,這個(gè)值在無(wú)有質(zhì)量的空間是常量。充滿空間的運(yùn)動(dòng)的引力子和已經(jīng)放棄的同樣充滿空間的以太是不同的,一個(gè)是以光速運(yùn)動(dòng)的,另一個(gè)是絕對(duì)靜止的。
假設(shè)一個(gè)單獨(dú)的有質(zhì)量的物質(zhì)存在于宇宙的空間,我們可以推測(cè),該物質(zhì)的基本單位——基元就會(huì)受到來(lái)自其周圍的四面八方的引力子撞擊。在各個(gè)方向上其遭受撞擊的引力子的數(shù)量在概率上相同,這就必然造成其受到引力子的撞擊的合力為零。此時(shí),物質(zhì)在我們看來(lái),就像沒(méi)有受到力的作用一樣。所以說(shuō),單個(gè)的物質(zhì)在宇宙的空間是不會(huì)產(chǎn)生萬(wàn)有引力的作用的。
如果是兩個(gè)有質(zhì)量的物質(zhì)存在于宇宙的空間時(shí),會(huì)出現(xiàn)什么情況呢?我們現(xiàn)在來(lái)加以討論。處在引力子的海洋中的兩個(gè)物質(zhì)仍然受到引力子的撞擊,在其他方向上,兩者受到引力子的撞擊都互相抵消,只有在兩者的連線方向上撞擊力不能互相抵消。在兩者的中間的區(qū)域,兩者的本身和它們內(nèi)切線所組成的圓錐體的區(qū)域內(nèi),引力子因受到它們本身的基本單位——基元的過(guò)濾后,引力子的密度是小于正常的數(shù)值的。現(xiàn)在我們看到,兩者中間的引力子的密度小,外面的密度大,在運(yùn)動(dòng)著的引力子的作用下,就會(huì)產(chǎn)生兩者會(huì)受到引力子在連線方向上向內(nèi)擠壓的趨勢(shì),這個(gè)趨勢(shì)在我們看來(lái),兩者好像相互吸引一樣,這便是萬(wàn)有引力形成的本質(zhì)。
如果我們用一條帶箭頭的射線代表引力子作用物質(zhì)的效果,我們稱為引力線。物質(zhì)表面單位面積通過(guò)的引力線的數(shù)量,我們稱為引力通量,我們用字母B表示,引力通量值越大,表示物體表面的引力場(chǎng)就越大。N表示引力線的數(shù)量,是恒定值。那么,我們可以表示為
B=N/S
如果我們把物體視為球體,則作用于物體表面上的引力通量為:
B=N/4πR^2
如果物質(zhì)的半徑減少了ΔR,則物體表面的引力通量變化量為:
ΔB=(N/4π)*[(R-ΔR)^-2-R^-2]
? ? =N*(2R-ΔR)*ΔR/4π[(R-ΔR)*R]^2
當(dāng)ΔR→0時(shí),
則物體表面引力通量的變化率為:
ΔΒ/ΔR=N/2πR^3
通過(guò)上式我們可以知道,物體的半徑越小,其表面的引力通量就以其半徑改變量的3次方的當(dāng)量變大,也就是說(shuō),其表面的引力場(chǎng)的強(qiáng)度以半徑減少量的3次方增加。如果一個(gè)有質(zhì)量的物體,其體積集中在一點(diǎn),它的半徑為零,那么它表面的引力場(chǎng)的強(qiáng)度無(wú)限大。原子核的半徑比之于地球,其半徑不知是地球的幾億分之一,所以,原子空間里的萬(wàn)有引力的力場(chǎng)的強(qiáng)度不知是地球表面的多多億倍。
根據(jù)愛(ài)因斯坦的《廣義相對(duì)論》,處于強(qiáng)力場(chǎng)中的物質(zhì)會(huì)發(fā)生鐘慢效應(yīng)。也就是說(shuō),在原子的空間里,是與黑洞內(nèi)部相似,在里面所有的運(yùn)動(dòng)物都會(huì)發(fā)生鐘慢效應(yīng)。如果在原子的外面有一個(gè)觀察者,它會(huì)發(fā)現(xiàn),原子空間里的有質(zhì)量的物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)都很慢,就像靜止不動(dòng)一樣,除非是以光速運(yùn)動(dòng)的電子的運(yùn)動(dòng)。如果我們?cè)谠拥目臻g感覺(jué)呆了只有區(qū)區(qū)幾個(gè)小時(shí),不知地球上的人類已經(jīng)過(guò)了多少年,洞中方一日,世上已千年。
原子的空間還有電磁力場(chǎng),質(zhì)子帶正電,質(zhì)子之間相互排斥,只有強(qiáng)核力才能把它們束縛在一起。電子帶負(fù)電,它們之間也有排斥力。所以電子之間的距離相差很大,不可能并在一起,只有包里不相容原理才能描述電子的運(yùn)動(dòng)。我們尚不清楚電磁的本質(zhì),也不清楚質(zhì)子,電子的內(nèi)部的本質(zhì),所以,說(shuō)明宇宙中電磁的本質(zhì)尚有難度。但我們可以根據(jù)能量守恒定律來(lái)推測(cè),電磁場(chǎng)的本質(zhì)或許是其內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)和萬(wàn)有引力的引力子的相互作用的結(jié)果。這種結(jié)構(gòu)非常精巧,引力子射進(jìn)微粒的內(nèi)部,經(jīng)過(guò)質(zhì)子,電子內(nèi)部精巧結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化,就變成各自的電磁場(chǎng)了,也遵循了能量守恒定律。