徒手捏碎一個雞蛋尚且不易，那么捏碎一個原子需要多大的力量？

不知道大師有沒有捏過雞蛋，雞蛋固然失落在地上很輕易碎，可是徒手想要捏碎它倒是一件不輕易的事。當受力平均時，雞蛋殼可以承受幾十公斤以上的力量，這得益于雞蛋殼的特別外形。只有當受力不平均時，人類才能徒手將雞蛋捏爆。

腦洞時候到！雞蛋是由原子組成的，那有沒有什么方式可以將一個原子夾住，并將之捏碎呢？若是可以捏碎，又需要多大的力量？

良知知彼，百戰不殆。想要捏碎原子，就要先領會它的性質。下面就跟從我一路進入奇奧的原子宿世界。

原子宿世界之旅

天上飄的白云，地下跑的馬兒，都是由原子組成的。原子這個概念很早就呈現了，古希臘哲學家德莫克利特最早提出了古代原子論，他認為萬物都是被稱之為原子的微粒構成的。17宿世紀，顛末浩繁化學家的不竭嘗試，人們正式確認了原子的存在，道爾頓從科學角度正式提出了原子理論，不外那時認為原子已不成再分。

原子能不克不及捏碎呢？當然能，因為原子也是由更根基的粒子組成的。原子是由原子核和核外電子組成的，原子核又是由質子和中子組成的。

人類對原子內部布局的摸索花費了數十年的時候。1897年湯姆遜發現了電子，1912年盧瑟福發現了原子核，并在1918年發現了質子，因為中子不帶電，到了1932年才由盧瑟福的學生查德威克發現。

這些大巨細小的粒子是怎么連系到一路并組成原子的呢？同種電荷相斥，異種電荷相吸。而質子帶正電，中子不帶電，電子帶負電，要想連系在一路，質子就必需要降服庫倫斥力。其其實天然界中有4種根基力，質子、中子是靠強核力連系在一路的。強核力的感化規模很有限，僅限于原子核內，但感化結果卻比電磁力大170多倍。電子則是靠電磁力與原子核連系到一路的。此外，原子與原子之間又靠電磁力連系當作為分子，并組成宿世間萬物。

既然原子是由必然數目的質子、中子和電子經由過程強核力與電磁力連系在一路的，那么想要將其捏碎，就必需要施加比這更大的力量。

若何把持一個原子？

想要捏碎一個原子，得先節制住它，防止它溜走，形象點說就是得把它緊緊地攥在手里。

可是原子很小，事實有多小呢？原子與黃豆的巨細之比就如同黃豆與地球的巨細之比。原子的平均直徑大約在10^-10米這個數目級，也就是0.1納米的級別擺布，好比氫原子的直徑大約為0.07納米。咱們從數目上來申明，以7納米工藝制當作的指甲蓋巨細（一平方厘米擺布）般的麒麟980芯片就包含了69億個晶體管。

原子核就更小了，直徑在10^-15~10^-14米這個數目級，體積僅為原子體積的千億分之一，但質量卻占了99.9%以上。形象點來說，若是原子半斤八兩于一個足球場，那么原子核就半斤八兩于足球場中的一粒米。

原子雖小，卻并沒有難倒科學家。今朝科學家們已經可以或許在嘗試室中把持單個原子了，這本家兒要得益于掃描地道顯微鏡（SEM）這個東西的發現。操縱掃描地道顯微鏡不僅可以或許不雅察單個原子，在超低溫狀況下還可以或許操縱探針對單個原子進行切確把持。這對人類研究納米科技具有主要感化。

（如圖所示，操縱SEM對納米標準下的原子進行把持）

此外，科學家還發現了光鑷手藝，操縱激光形當作光阱，可以把持和捕捉納米至微米級此外粒子，那么拿下原子也不在話下。

原子那么小，用手必定是拿不住的，操縱以上方式可以夾住原子，但并不克不及捏碎原子。

捏碎一個原子需要耗損多大能量？

捏碎是一個很恍惚的概念，事實是碎當作兩半，仍是將原子割裂當作一個個細小的粒子？我們這里按后者算。

原子的質量99%以上都集中在原子核，原子核是維持原子不變的底子，我們只需要將原子核捏碎，整個原子就解體了。

想要捏碎原子核，得考慮核外電子的環境。核外電子雖是按分歧能級分層擺列，但不像行星繞恒星那樣運轉，電子的出沒無定不心猿意馬，我們用電子云模子來描述這樣的場景。電子雖受電磁力的吸引，但凡是并不會失落進原子核，只有在極強的壓力感化下，當電子簡并壓（由泡利不相容道理形當作的抵當力）被擊穿時才會使核外電子失落進原子核，并與核內質子形當作中子，中子星就是這樣降生的。按照理論，需要1.44倍以上的太陽質量所形當作的引力才能將電子簡并壓擊穿。其實我們并不需要將電子壓進原子核，只需要讓原子掉去所有電子，然后再捏碎原子核就行了。

（上圖為原子布局的電子云模子示意圖）

最簡單的原子當屬氫原子，氫原子由一個質子和一個電子組成，捏碎它是小菜一碟，只需要讓氫原子掉去電子釀成質子即可。氫原子的電離能（讓原子掉去電子所需要的能量）為13.6eV。這似乎有點糊弄人，我們仍是以鐵原子為例吧，它更有代表性。

鐵（凡是是指最不變的同位素鐵56）是宇宙中最不變的元素，凡是鐵原子核由20個質子和30個中子構成，它既不輕易發生裂變，也不輕易發生聚變。為什么會這樣呢？因為鐵原子核的平均連系能為8.6MeV（兆電子伏特，1eV≈1.6x10^-19 J（焦耳）），是所有元素中最高的。

（如上圖所示，鐵56的平均連系能最高）

質子和中子靠強力連系在一路形當作原子核，連系能就是它們連系到一路所需要的能量，同樣，分隔它們也需要不異的能量。分歧種類的原子由分歧數目的質子和中子組成，是以將總結和能平均到每個核子上，就獲得了原子核的平均連系能。平均連系能越大，原子核也就越不變，越不輕易被捏碎。

鐵56原子核的總結和能為481.6兆電子伏特，約等于7.71x10^-11焦耳，是氫原子電離能的3500多萬倍，理論上想要將一個鐵56原子核捏碎就需要這么多能量。至于鐵原子的電離能則可以忽略不計，那么捏碎一個鐵原子也僅多耗損一點能量。

沒錯，捏碎一個原子連一焦耳的能量都用不到。一焦耳能量有多大？按照界說，1J=1N·m，半斤八兩于用一牛頓（1千克的物體在地球概況所受到的重力大約為9.8牛頓）的力將一個物體沿力的偏向移動一米所需要的能量。將一顆50克的雞蛋抬高2米，它的勢能就增添一焦耳。

結語

由此可見，捏碎一個原子很輕易，耗損不了幾多能量。因為原子其實太小了，如何穩穩的捏住一個原子才是問題的關頭。

1918年，盧瑟福操縱自然放射性元素所釋放的阿爾法粒子從氮核中轟擊出了質子，實現了第一次人工核反映。此刻的大型強子對撞機可以發生TeV級別以上的能量（1T=10^12）。

那么還能不克不及捏得更碎一點呢？好比將質子和中子捏碎。固然質子和中子都是由夸克組成的，但因為存在色禁閉現象，今朝還沒有手藝手段可以將其擊碎。至于電子、夸克等根基粒子還可不成以再分，今朝還不知道。

熱愛科學的伴侶，接待存眷我。

發表于 2019-09-06 02:00
閱讀 ( 972 )
分類：其他類型

徒手捏碎一個雞蛋尚且不易，那么捏碎一個原子需要多大的力量？

你可能感興趣的文章

相關問題

0 條評論

作家榜 ?

推薦文章