原子和量子哪个更小（五分钟带你认识原子）

在生活当中，我们经常会听到一些物理学名词，如分子、原子、量子等，我们对这些词既陌生又好奇，今天我们来一探究竟。

在现代物理学中，所有带有量子效应的粒子，都不能用宏观世界的认知去推测，理解其的行为，于是物理学家们便将这粒子称之为量子粒子。在上述介绍中我们可以看出，量子一词频繁出现，那么什么是量子？首先，我们要明确，量子并不是单指哪一种粒子，而是一种单位。最初，普朗克研究黑体辐射时，发现光以小份能量的形式离散，便称之为量子。量子一词的本意为包、离散。曾经有这样一句话，你无论撒出多大的谎言，量子力学也能帮你天衣无缝地圆回来。由此可见，量子的力学是多么神奇，在量子这一基本单位下，有许多粒子，它们体形相差巨大，让我们了解一下。

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先来谈一下原子，可以这样说，世间大部分事物都由原子组成。也就是我们身边的笔、纸、椅子、杯子，再到云、水、冰，或更大、离我们更遥远的太阳、月亮、仙女座、半人马星，还有你和我，无一例外，都是那微乎其微的原子构成的。不仅如此，目前人类所制造的破坏力最强的武器——原子弹，工作的原理便是原子内部核子与电子的分离。

初中时我们都学过原子内部结构，知道它是电中性的，也就是在它其中含有带正电的物质。而这种物质就是原子里的重量级选手——原子核，之所以这样称呼它，有两个原因：一是它质量占整个原子的大部分，名符其实，二是它是原子的核心，位于原子的中央，在其四周围绕着不断做运动的电子。电子运动不是无规律的，它延着能级运动（为了能更形象地认识能级，我们可以将能级看成铁轨，电子就像火车行驶在轨道上一样）。另外，电子是负电荷，能被正电荷所吸引。

虽然我们认识原子用不了多长时间，但人类对原子结构的认识过程，就好似一个盲人在黑暗中小心前行，经历了相当漫长的时间。1803年，人类史上第一个原子结构模型诞生，是道尔顿提出的实心模型，这个模型有许多问题，无法对一些现象做出合理解释。

于是，第二个模型诞生：1904年约瑟夫约翰汤姆逊认为原子是一个带正电荷的球，电子镶在其中，就像一块含有葡萄干的圆饼干。这个模型与第一个模型相比，有了不少提升，但还有一些细节不尽人意。

直到1911年，一个名为卢瑟夫的人用α粒子轰击金箔，提出了一个经典模型——行星模型，在此之后的几种模型，都是由行星模型稍加改变而得来的。行星模型，顾名思义就是将原子内部结构看成太阳系，太阳是原子核，因引力而围绕在太阳四周的地球、水星、金星等都为电子。这个模型，几乎完美呈现了原子内部结构，对物理学来说无疑是一个奇迹，从极大程度上推动了物理学的发展。之后，他的学生波尔，又在行星模型基础上又加上了能级，电子延着能级运动。关于原子结构模型发展史我们暂时讲这么多。

接下来，我们说说质子和中子。原子核正是由质子与中子组合而成的，质子带有正电荷，而中子不带电。根据前文所说的，电子带有负电荷，所以一个质子吸引一个电子。将这句话放到原子层面来说，便是在一个原子中，如果没有其它情况，质子数应等于电子数。在日常生活中，我们多多少少听到过中子星这个词，这便是恒星在由引力向内坍缩时因为产生了极高的温度所以导致原子中电子、质子与中子相互分离，分离出来的电子与质子不断组成中子，而中子又有泡利不相容原理为自己撑腰，所以能和引力抗衡，坍缩由此结束，恒星也变成了密度极大，全由中子构成的中子星。这段话并不重要，因为我们跑题了。

言归正传，读到这里你可能会想，既然原子核是由原子和质子组成的，那么质子、中子又由什么组成？科学家是否发现比质子、中子和电子还要小的物质？

事实上，科学家们曾为了找到这两个问题的答案，曾经想要轰开质子，但失败了。他们发现在轰击质子的过程中，在质子身上出现了三个散射角度，也由此确定了质子由三个更小的粒子组成：两个上夸克和一个下夸克。那时，人们曾一度认为夸克便是组成万物的基本物质，便叫它基本粒子。但现在，“基本粒子”这一概念正逐渐被人们所冷漠，原因是人们认为基本粒子，也可能是由某种未知的更小的粒子组成。在这里要注意，夸克是一种粒子的种类。在这个种类之下，按照自身能量与旋转角度，又分为六类，每一类被称为一味，分别是上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克、底夸克。

好了，我们继续往下讲。知道质子由夸克组成，那不防猜一猜，夸克由什么组成？要解答这个问题，我们首先要轰击单个夸克，但可惜的是，自然界中所有的夸克都是以集体的形式出现，目前人类文明的科技水平还不足以把单位夸克从集体中分离出来。这便是夸克的禁闭性，强相互作用的一种。我们不禁会产生疑问，大自然中为什么不可能出现单个的夸克？要回答这个问题，首先要明白强相互作用。可以这样说，一个夸克与另一个夸克之间，有一根橡皮绳将它们连接在一起，而这根橡皮绳便是强互作用的表现形式。当两个夸克离得很近时，橡皮绳便没有受力，所以两个夸克便能行动自如，但如果两个夸克离得很远，橡皮绳就开始受力，用自身的弹力将两个夸克拉回来，而且这种力量十分强大。正因为如此，人类才很难分离出单个夸克。

等等，我们是不是还忘了什么？是的，我们还不知道中子是由什么组成。虽然在前文说过，质子与电子组成中子，但这只是在特殊情况下。正常情况下，质子由两个下夸克与一个上夸克组成，恰好与质子相反。认识了夸克，我们再来认识一下强子、重子与介子。强子是一种亚原子，与夸克一样，也是一个粒子种类的名称。在强子之下，可分为重子与介子（注意这里意为强子包含重子与介子，而不是重子与介子组成强子）。而重子，又是一类粒子的总称，质子与中子就属于重子，除它俩之外，种子还包括许多粒子，在这里不详细说明了。而介子是一种玻色子，用来传递核子之间的强相互作用。（说明一下，核子是质子与中子的统称）这里的强相互作用，也就是核子之间的相互作用，与前文所提到的夸克之间的强相互作用不同，我们以后再细说。

说这么一大堆，唯独忘下了一个十分重要的粒子，分子。它由两个或两个以上的原子组成，有几个特别之处，一是分子之间有间隔，二是一切构成物质的分子都永不停歇做无规律的运动，温度越高分子扩散越快，这叫做分子的热运动。举个例子，我们用吹风机吹湿头发时，因为吹风机吹出来的热风，导致头发温度上升，而头发之所以会湿是因为有水分子存在，头发温度升高会引发分子的热运动，并导致水分子不断向四周扩散，最终头发就会变干。我们将要说的这一点十分重要，分子有体积与质量，正因如此，你与我才会有身高和体重。最后一点，同种物质分子性质相同，不种物质分子性质不同，这说明了我们人类与蚂蚁的DNA不一样。