摘要：从几乎坚不可摧的金属（如钨）到天空中精致的云朵，原子构成了我们周围的一切。但是这些原子曾经相互接触过吗？与原子物理学中的大多数主题一样，答案比您想象的要复杂得多。

原子构成了我们周围的一切，但这些物质的组成部分真的接触过吗？

原子没有硬边界，这可能使定义 “接触” 变得困难。 （图片来源：Eugene Mymrin 来自 Getty Images）

从几乎坚不可摧的金属（如钨）到天空中精致的云朵，原子构成了我们周围的一切。但是这些原子曾经相互接触过吗？与原子物理学中的大多数主题一样，答案比您想象的要复杂得多。

在我们回答这个问题之前，重要的是要定义我们所说的“触摸”是什么意思，“西德克萨斯 A&M 大学物理学副教授克里斯托弗·贝尔德 （Christopher Baird） 说。

“在人类尺度上，当我们说两个物体接触时，我们通常的意思是，一个物体的明确外表面与另一个物体明确定义的外表面位于同一位置，”贝尔德。“[但是] 这种类型的接触在原子尺度上并没有真正的意义，因为原子没有明确定义的外表面。”

原子既不是固体物体，也不是科学家已知的最小单位。相反，原子由许多不同的粒子组成，这些粒子根据特定规则相互作用。原子的核心是一个被电子云包围的原子核。

但仔细观察会发现，这个原子核由质子和中子组成，它们由称为夸克和胶子的粒子组成。不同元素的原子具有不同数量的质子、中子和电子。例如，一个氢原子有一个质子、一个电子和零个中子，而铀有 92 个质子、92 个电子和多达 146 个中子。（元素中的中子数可能因同位素而异。

贝尔德说，原子的电子云使得很难确定“接触”的确切边界。相反，将其定义为触发物理或化学效应（例如化学键的产生）的点更有用。他说，当原子的电子云显着重叠时，可能会出现这种情况。

“当一个原子的电子轨道与另一个原子的电子轨道重叠足够时，它们就会接触，从而开始发生物理或化学效应，”贝尔德解释说。“这可能是触及原子尺度的最佳定义之一。”

原子之间的接触可以通过不同的方式实现，包括电磁学、引力和量子力学（图片来源：japatino via Getty Images）

这种“接触”可能是不同力的结果，包括电磁、引力和量子力学。贝尔德说，液体和固体通常通过化学键的产生接触，而气体则通过相互反弹而接触。

麻省理工学院理论物理中心（MIT's Center for Theoretical Physics）的博士生孙志权（Zhiquan Sun）说，当粒子高速碰撞时，会发生另一种形式的接触，就像在瑞士的欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机这样的粒子加速器中。

“当原子以足够高的能量相互碰撞以至于它们的电子云重叠时......原子核可能会发生弹性或非弹性碰撞，“Sun 在一封电子邮件中告诉 Live Science。“如果碰撞是弹性的，原子核就会简单地改变方向并再次找到它的电子，并变成原来的原子。如果原子核发生非弹性碰撞，它会分解成质子和中子，它们可能会形成不同的原子核。

在 CERN（欧洲核子研究组织），粒子以非常高的能量碰撞，将粒子分解，甚至形成新的亚原子粒子，如希格斯玻色子。类似的碰撞可能发生在早期宇宙中。

贝尔德说，归根结底，尽管原子的接触方式与我们不同，但原子接触构成了我们所知道的生命。

“如果物体的原子没有通过化学键相互接触，那么椅子或岩石就无法以椅子或岩石的形状将自己固定在一起，”他说。“所有物质效应都是由某种形式的原子相互接触产生的，包括化学反应、振动、声波、热量等。”

来源：科学小阿浅