學(xué)過(guò)中學(xué)物理的讀者一定知道原子模型的發(fā)展歷史。在一百多年前，大部分的科學(xué)家認(rèn)為原子是由原子核和核外電子構(gòu)成的。原子核的質(zhì)量越大，其外圍就會(huì)籠絡(luò)越多的電子。可是當(dāng)時(shí)的科學(xué)家卻認(rèn)為，電子繞原子核的運(yùn)動(dòng)就像是行星繞恒星那樣規(guī)矩。這種觀點(diǎn)認(rèn)為，原子核和電子之間有很大的真空。有人計(jì)算過(guò)，如果原子核直徑是1米，那么電子大約就在原子核100公里開(kāi)外的位置上運(yùn)動(dòng)。形象地比喻，原子核如果是一個(gè)在北京的成年人，那么遠(yuǎn)在天津就有一群小屁孩圍繞著他在運(yùn)動(dòng)著。原子核和電子之間就留下來(lái)了巨大的真空帶。
按照100年前科學(xué)家的理解，電子繞原子核是規(guī)律地做著圓周運(yùn)動(dòng)，這樣才符合牛頓力學(xué)。但是科學(xué)家隨后還發(fā)現(xiàn)，電子會(huì)發(fā)出電磁波，也就意味著電子在不斷輻射著能量。如果電子規(guī)律地繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)，那么就不可能既輻射了能量還不改變其運(yùn)動(dòng)軌道。按道理來(lái)說(shuō)，電子輻射了越多的能量，電子軌道就越靠近原子核，直到落到原子核上，但是事實(shí)并不是這樣。這個(gè)問(wèn)題困擾了科學(xué)家?guī)资辏钡?0世紀(jì)初，量子力學(xué)的建立才解決了這個(gè)問(wèn)題。
量子力學(xué)認(rèn)為，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)并不是那么規(guī)律，它們是分立的發(fā)射出一份份不連續(xù)的能量，從而改變了能級(jí)。電子在原子核外的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有確定的規(guī)律，原子此刻在A位置，下刻就不知道在哪了。理論上，電子可以出現(xiàn)在空間中的任何一個(gè)位置，所以量子力學(xué)只能用概率描述電子出現(xiàn)在某一點(diǎn)的幾率。
那么我現(xiàn)在再問(wèn)你，真空還存在嗎？原子核和電子之間確實(shí)存在很大的空間，這種空間在一般人看來(lái)就是真空。但是電子詭異的運(yùn)動(dòng)，使其真空中隨時(shí)有可能再次出現(xiàn)電子。也就是說(shuō)，誰(shuí)都不知道真空中在哪一個(gè)時(shí)刻會(huì)蹦出來(lái)一個(gè)電子，那么這還是真空嗎？
其實(shí)科學(xué)家還認(rèn)為，所謂的真空未必真的空無(wú)。真空只是物質(zhì)間的和諧狀態(tài)而已。我們都知道，原子核之所以帶正電是由于質(zhì)子帶正電，核外電子同時(shí)帶負(fù)電，而這些粒子都有它們的相反狀態(tài)，這也就是反物質(zhì)。自然界中正常物質(zhì)的電子只會(huì)帶負(fù)電，如果有一個(gè)帶正電的電子，那么這個(gè)正電子就是電子的反物質(zhì)。質(zhì)子帶正電，所以質(zhì)子的反物質(zhì)就是負(fù)質(zhì)子。當(dāng)正常物質(zhì)和它們的反物質(zhì)相遇時(shí)，大家都會(huì)湮滅掉，從而在空間中消失，也就是變成了真空。所以真空也是正常物質(zhì)和反物質(zhì)一種和諧狀態(tài)，它們相遇就會(huì)湮滅。同樣地，在真空中也可以激發(fā)出正常物質(zhì)和反物質(zhì)。
說(shuō)到這里，你或許也就明白了，真空未必是真的空！現(xiàn)在有科學(xué)家認(rèn)為，宇宙大爆炸以前之所以沒(méi)有物質(zhì)，是因?yàn)檎Ｎ镔|(zhì)和反物質(zhì)全部湮滅了。由于某種原因打破了這種平衡，正反物質(zhì)才被釋放出來(lái)了，于是就有了宇宙大爆炸！但是科學(xué)家認(rèn)為既然宇宙早期正反物質(zhì)總量可能相等，為什么現(xiàn)在的宇宙卻是由正常物質(zhì)主宰著，反物質(zhì)都去哪了？其實(shí)這個(gè)問(wèn)題也是現(xiàn)代物理學(xué)的一個(gè)難題！
