理解了原子的秘密，就能理解世界 08

本系列文章预计会有30个章节，这套文献将系统的讲述物理学本身，今天是第三季第9篇

物理学家理查德·费曼（Richard Philips Feynman），在《费曼物理学讲义》的一开头说，如果由于某种大灾难，所有的科学知识都丢失了，只有一句话传给下一代，这句话应该是什么呢？是“所有的物体都是用原子构成的”。

为什么是这样呢，简单的说理解原子，你就理解了量子，同时理解了世界。

你想啊，在我们老百姓眼里，组成物质的基本单位那就是原子，而要精确的再认识世界的组成，无非就是把原子内部的结构彻底了解一遍。

而且我们以为原子就像一个个的小球，拼接在一起形成了物质。但是物理学家告诉我们，当你用扫描隧道显微镜观察金属的表面看到的确实就是排列整理的小球 —— 但，你看到的并不是真正的原子，那只是原子中的电子穿越空隙的概率。

因为，真实的原子内部是一片空旷的空间。

原子核中一个质子的活动范围大约只有10^(-15)米，而原子核外面电子的活动范围大约是原子核的10万倍。如果让你画一个原子，你不管怎么画都会大大夸大原子核的大小。

而电子就更小了 —— 你甚至都不能说电子有大小，最好把它想象成一个抽象的“点”，它的踪迹则是一片“云”，它在原子空旷的空间中神出鬼没。

而这就引出了一个关键事实：原子中并没有一个什么“实体”能跟你发生直接的接触。广阔空间中的两个点，怎么可能发生直接的碰撞呢？你永远都摸不到一个质子、中子和电子。

而我们用拳头砸墙，为什么手会疼呢？我触摸各种物体为什么会有那么鲜明的触感呢？你感受到的一切，都是电磁相互作用。

你手上的电子和墙上的电子都带负电，它们一离近了就互相排斥。根据不同的距离和温度，这个排斥力有时候强有时候弱，有时候密集有时候稀疏，而你的全部感觉都来自于这个排斥力。

这是微观的理解，这也是最接近真实的解释。

而宏观角度，当然是牛顿第三定律，作用力与反作用力的相互影响。

你在日常生活中看到一根铁棍断裂了、汽车的车身被刮了一下，所有这些变化，以及所有的化学反应，都跟原子核没什么关系。

化学家发明了各种理论描写这些现象，比如“化学键”之类，其实说的都是电子跟电子的对话。

然后要真正理解原子，就需要解读电子。

我们之前说了，电子在原子中的存在是以“电子云”的方式存在，而且我们知道“泡利不相容”原理告诉我们，携带电子多的原子中的电子都是一级一级往外排，而不是都挤在一个地方（能级低的位置）。

 引用万维钢老师的一句话来说：

之所以有化学，是因为泡利不相容原理； 

之所以有泡利不相容原理，是因为费米子波函数是反对称的； 

之所以费米子波函数是反对称的，是因为自旋； 

之所以有自旋，是因为量子电动力学。

今天先谈到这！

另外，我的副标题有一个视频，大家一定要观看~