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电子无处不在,它是由什么构成的?它就是构成万物的最小单位

2022-11-25 21:10:34 3311

摘要:电子,这个东西感觉上离我们的生活很远,可实际上却是无处不在。一部手机、一块石头、一粒尘埃,乃至我们自己的身体之中都有着数不清的电子,那么电子到底是什么呢?它又是由什么所构成的呢?自从人类有了思想,就立志要追寻事物的本源,而要追寻事物的本源,...

电子,这个东西感觉上离我们的生活很远,可实际上却是无处不在。

一部手机、一块石头、一粒尘埃,乃至我们自己的身体之中都有着数不清的电子,那么电子到底是什么呢?它又是由什么所构成的呢?自从人类有了思想,就立志要追寻事物的本源,而要追寻事物的本源,首先就必须要弄明白物质到底是由什么所构成的。在自然科学没有诞生的岁月里,人们只能从哲学的角度去思考这一问题,于是有人将水视为万物的本源,有人将火视为万物的本源。这些古代先贤的思考还真不能算是错的,因为从自然科学的角度来看,的确是万物同源,水也好、火也罢,又或者是山石、空气,从微观层面来看,它们的本质都是相同的。


什么是物质的本质?

大多数的物质都是由一个个分子所组成的,比如水就是有水分子所组成,而水分子之间的排列方式又会导致水呈现出不同的形态,比如当水分子通过氢键形成定向有序的排列方式时,水就变成了冰。水分子很小,大概只有0.4纳米,比病毒还要小几百倍,乃至上千倍,所以用肉眼是根本无法看到的,不过水分子并不是物质的最小形态,它是由原子结合而成的,两个氢原子和一个氧原子。相比分子而言,原子的个头就更小了,通常还不到0.1纳米,但就是这么小的东西,却依旧不是构成物质的最小单位。


随着科学观测技术的发展,人们发现原子是由两部分组成的,即原子核与核外电子。

对于一个原子而言,电子是极为重要的,如果原子失去了电子,那么将会变为一种很不稳定的离子态物质,我们日常所使用的锂电池的充电和放电过程实际上就是锂原子失去电子后变为锂离子,之后再与电子合并恢复为锂原子的过程。在充电的时候,受到外接电源的刺激,锂电池正极材料中的锂原子会分解为锂离子和电子,分解之后,锂离子可以直接透过电池内部正负极间的隔膜前往负极,而电子则通过外电路前往负极,之后在负极相遇重新结合为锂原子。


同样,放电的时候,锂原子会再次分解为锂离子和电子,锂离子还是从隔膜回到正极,而电子则通过外电路回归正极,中途经过用电器为其提供电能。

一个完整的原子包括原子核与核外电子,那么这两个东西还能继续分割吗?原子核是可以的,在原子核的内部存在着两个东西,一个是质子,一个是中子。质子的数量决定着元素的种类,比如拥有一个质子的就是氢元素,拥有两个质子的就是氦元素。而中子数决定了不同的同位素,比如拥有一个质子和一个中子的就是氢的同位素氘,而拥有一个质子和两个中子的就是氢的同位素氚。不同的质子和中子数量决定着不同的元素,那么质子和中子还可以继续分割吗?


为了看看质子和中子里面有什么,人类用上了粒子对撞机,不过即便如此,也未能将它们撞开,但这并不是说质子和中子里面什么也没有。

因为在撞击的时候,人们发现质子拥有三个不同的散射角度,也就是说质子内部还拥有三个粒子,并将它们命名为夸克。人类从来没有成功将质子分解开来,因为使夸克结合在一起的力是强力,它不像电磁力那样距离越远力量越小,而是距离越远力量越大,所以根本没有办法将三个夸克拉开,而夸克也被定义为基本粒子,也就是组成物质的最小结构。迄今为止,人类已经发现了很多基本粒子,组成质子的夸克以及原子核外的电子都是其中的一员。


是的,与夸克一样,电子也是基本粒子,是构成物质的最小单位,是不可以再分的,所以没有办法解释电子是由什么构成的,因为它自己就已经是物质的最小单位了。

基本粒子的种类虽然很多,但可以划分为两类,一类是费米子,另一类是玻色子。它们都是物质的最小单位,但所扮演的角色不同。费米子物质结构的最小单位,而玻色子则是传递相互作用的媒介,比如使三个夸克紧密结合的强力就是通过胶子这种玻色子实现传递的,如果说费米子是砖块,那么玻色子就是水泥。显然,电子和夸克都属于费米子,而胶子、光子等都属于玻色子。

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