【腦洞系列】太陽系會不會就是一個原子?太陽是原子核,行星就是電子
在巨觀世界中,太陽系是一個以太陽為中心的天體系統,其中絕大多數的質量都集中在太陽上,各大行星都圍繞太陽運行,而在微觀世界中,原子是一個以原子核為中心的微觀系統,其中絕大多數的質量都集中在原子核上,而電子則圍繞著原子核運行。
太陽系和原子這種相似的結構不免讓人浮想聯翩,正所謂「其大無外,其小無內」,即使是在可觀測宇宙中,太陽系也渺小得簡直可以忽略不計,那麼如果從更巨觀的層面來看,太陽系會不會就是一個原子?其中太陽是原子核,行星是電子?
從表面上來看,這種假設似乎還是有一定的道理的,畢竟太陽系的結構和原子如此相似,但以物理學的角度來看,這兩者之間其實存在著巨大的差異。
一、基本力和電荷宇宙中存在四大基本力,即引力、電磁力以及強、弱相互作用力,其中強、弱相互作用力只存在於原子核的層面上。
在太陽系中,起主導作用的基本力是引力,太陽系的各大行星都是在引力作用下圍繞著太陽運行,而在原子的內部,起主導作用的則是電磁力,引力的作用基本上可以忽略不計(因為原子核和電子的質量太小了)。
除此之外,
在粒子物理標準模型中,電子是一種基本粒子,它們的質量全部都是一樣的(早在20世紀,物理學家就已經準確地測量出了電子的質量為9.10956 x 10^-31千克)。
也就是說,如果太陽系是一個原子,那麼太陽系中的各大行星的質量也應該是一樣的。但我們都知道,太陽系各大行星的質量卻存在著相當大的差距,例如質量最大的行星(木星),其質量大約為太陽的千分之一,質量最小的行星(水星),其質量卻只有太陽的大約600萬分之一,而地球的質量又大約為太陽的33萬分之一。
三、能量太陽一直在持續不斷地釋放出光和熱,其能量來自於太陽核心的核聚變反應,而原子核卻並不是這樣,實際上,在沒有外來粒子干擾的情況下,原子核只能通過衰變的形式來釋放能量,並且這種能量的釋放是不可持續的。
順便講一下,原子核在衰變的過程中,還有可能會釋放出電子或者反電子,也就是說,如果太陽是原子核並且也會發生衰變的話,那麼它就有可能會在這個過程中釋放出行星或者「反行星」……
四、運動剛開始的時候,人們以為原子內的電子運動也像行星圍繞太陽的運動一樣,
實際上,電子具有「波粒二象性」,其運動是隨機的、不確定的(這也是微觀世界中的普遍現象),我們無法準確地預測電子在下一個時間點會出現在哪裡,而只能知道它在某個特定位置上出現的概率有多大。
因此科學家通常用電子在單位體積內出現的概率來描述電子在原子內的運動狀態,這看上去就好像原子核籠罩在一片雲狀結構之中,這種結構就被形象地稱為「電子雲」。
在太陽系中,各大行星的運動卻是可以確定的,
事實上,我們隨時都可以根據各大行星現在的運動狀態,去預測它們在下一個時間點會出現在哪裡,而在觀測資料足夠的情況下,我們甚至還可以精確地預測到日食、月食等特殊的現象會在什麼時候、什麼地點發生。
小結通過以上的介紹,我們可以清楚地看到,不管是太陽和原子核,還是行星與電子,都存在著巨大的差異。因此可以說,即使是從更巨觀的層面來看,太陽系也不會是一個原子。