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1700910179 我们现在已经了解,空气中满是原子,电子也是要多少有多少,因此它们应该阻止你通过。应该如此,那是泡利的规矩。
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1700910181 答案是,空气中的原子们并不都分享它们的电子,所以没有都绑在一起,而作为固体的你,原子们都绑在一起。空气中的原子们并不阻止你穿过,而是挤向它们的邻居替你让路,顺便说下,这样的移动产生了风,再顺便说下,这就是气体与固体的差别。
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1700910183 在液体里,邻近的原子们互相之间绑得稍微紧一些,但没有紧到可以阻止你的程度,除非你过于用力或进入得太快,例如从悬崖上跳入铅灰色的海中。而固体中的原子不会移到一边,除非你用力逼迫它们——想想用锋利的剪刀剪纸。
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1700910185 电子除了争夺自己的地盘,也会被迫离开,为另一个想要进入的电子腾地方。当一个原子失去一个电子(比如遭受阳光中一个强有力的光子的照射)后,原子核与电子的电荷之和不再是零。失去一个或几个电子的原子成为科学家们所称的“离子”。离子总是想要找到某个东西捆绑在一起,以形成分子。事实上,它们拼命想要找回电子。在物理学术语中,它们具有很高的活性。
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1700910187 同样,分子中由电子形成的绑定也会被打破。通常这个过程伴随着能量的释放,这也是吃东西带给我们的好处。你身体里进行的化学反应降解了食物中所含的分子,释放出它们的能量,被你的组织以各种方式利用,维持你的生命。
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1700910191 好了。
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1700910193 这就结束了我们对电子世界的调查,你只是浏览了三个原子的外层,就已经了解了现代科学对于我们各种日常身体经验的解释。所以,在进一步接近依然保持神秘的原子核之前,让我总结一下在这几章中你所了解到的东西。
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1700910195 宇宙中所有原子的外部都是模糊的、具有波形且体积巨大的带有电荷的电子。它们是电磁场中的基本粒子,还是自己私人空间的严格护卫者。泡利不相容原理不许两个电子在同一时间出现在同一地点,即使宇宙中所有原子的内部绝大多数地方都空无一物,但这个原则确保你无法穿透墙壁、椅子、床或任何固体的东西。要不然,生活就变得太棘手了。
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1700910197 泡利的这条原则还带来了不同种类的原子在结构与化学性质上的差别:因为电子不能都挤在离原子核最近的地方,它们在原子核周围像洋葱似的按层分布,占据自己能够占据的位置,让原子随着电子数目的增加而变大。
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1700910199 我们还要指出,电子并不是唯一遵循泡利不相容原理的粒子。还有其他一些粒子——但不是所有粒子——也遵循这个原则。光子就是例外,你可以在任意小的空间里装入任意多的光子。它们不在乎。事实上,它们还喜欢这样,两个光子越是相似,就越愿意待在一起,就像寒风中的企鹅。激光就是这种癖好带来的发明:完全相同的光子高度集中在一起,形成带有高能量的光束。
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1700910203 现在,你大概会认为宇宙中只有电子和光子两种粒子。但事实不是这样。很快你就会看到原子核中有着其他种类的粒子,这里我只是想强调:就在我们周围,就有粒子不在乎电子对私密性的期望,甚至完全不在乎自身的存在,或者任何我们在这个方面所能想到的一切。它们是那种不属于原子的粒子。它们中的一些实际上来无影去无踪,大多数时间它们能穿过任何东西,所有一切,不留下自己穿过的任何痕迹。对于这些微粒来说,宇宙肯定看上去无趣而空洞。地球也一样。甚至你也一样。很快你就会与它们见面。
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1700910205 但是现在,你应该再次庆祝一下!你刚才学到的关于电子与光的知识,在半个世纪以前没有几个人了解,那个时候就懂得这些的人大多数都非常聪明,他们都因为弄清楚了这些现象而获得了诺贝尔奖。
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1700910207 还不止这些。
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1700910209 因为他们,你现在可以解释发生在自己身边的几乎所有事情,包括西红柿的颜色,墙壁和大地之所以坚固的原因,以及冰箱贴为什么会跳出你的手指贴到冰箱门上。
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1700910211 你、我和我们的朋友们每天经历的所有事情,都由物质与光的互相作用、互相转化以及电子们断然拒绝与另一个完全相同的电子分享哪怕一点点自己的时空所支配。
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1700910213 下一次你拥抱某人时,不妨想象一下你俩越来越近时虚拟光珠凭空形成并激烈纷飞的场面,直到你们的电子们遵循泡利不相容原理,决定你俩不能再靠得更近为止。虽然我觉得如果是初次约会,你们最好还是不要谈论这些奇特的事实,但我还是随便你吧。
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1700910215 现在,在你继续穿越我们已知物质的行程之前,我要告诉你一个好消息:二〇一四年,在欧洲核子研究中心(简称CERN)位于法国与瑞士边境的巨大的地下科学实验室中,科学家们已经证实,人类到目前为止已经在理论上发现了关于构成我们自身物质的所有秘密。
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1700910217 所有秘密。
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1700910219 当然,这并不意味着我们已经不再有谜题(在第六部分里你将看到足够多的谜题)。它表示的是从二〇一四年开始,我们对于我们宇宙已知的内容——也就是在现代技术范围内可能探索并有所发现的所有东西,都已经有了一个清晰的理解。
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1700910221 这个画面中包含有原子核,那个你现在准备去一探究竟的原子内核。
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1700910223 如果你感觉到自己将会在那里发现一些诡异的事情,那就绝对猜对了。
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