電子,這個東西感覺上離我們的生活很遠(yuǎn),可實際上卻是無處不在。 一部手機(jī)、一塊石頭、一粒塵埃,乃至我們自己的身體之中都有著數(shù)不清的電子,那么電子到底是什么呢?它又是由什么所構(gòu)成的呢?自從人類有了思想,就立志要追尋事物的本源,而要追尋事物的本源,首先就必須要弄明白物質(zhì)到底是由什么所構(gòu)成的。在自然科學(xué)沒有誕生的歲月里,人們只能從哲學(xué)的角度去思考這一問題,于是有人將水視為萬物的本源,有人將火視為萬物的本源。這些古代先賢的思考還真不能算是錯的,因為從自然科學(xué)的角度來看,的確是萬物同源,水也好、火也罷,又或者是山石、空氣,從微觀層面來看,它們的本質(zhì)都是相同的。 什么是物質(zhì)的本質(zhì)? 大多數(shù)的物質(zhì)都是由一個個分子所組成的,比如水就是有水分子所組成,而水分子之間的排列方式又會導(dǎo)致水呈現(xiàn)出不同的形態(tài),比如當(dāng)水分子通過氫鍵形成定向有序的排列方式時,水就變成了冰。水分子很小,大概只有0.4納米,比病毒還要小幾百倍,乃至上千倍,所以用肉眼是根本無法看到的,不過水分子并不是物質(zhì)的最小形態(tài),它是由原子結(jié)合而成的,兩個氫原子和一個氧原子。相比分子而言,原子的個頭就更小了,通常還不到0.1納米,但就是這么小的東西,卻依舊不是構(gòu)成物質(zhì)的最小單位。 隨著科學(xué)觀測技術(shù)的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)原子是由兩部分組成的,即原子核與核外電子。 對于一個原子而言,電子是極為重要的,如果原子失去了電子,那么將會變?yōu)橐环N很不穩(wěn)定的離子態(tài)物質(zhì),我們?nèi)粘K褂玫匿囯姵氐某潆姾头烹娺^程實際上就是鋰原子失去電子后變?yōu)殇囯x子,之后再與電子合并恢復(fù)為鋰原子的過程。在充電的時候,受到外接電源的刺激,鋰電池正極材料中的鋰原子會分解為鋰離子和電子,分解之后,鋰離子可以直接透過電池內(nèi)部正負(fù)極間的隔膜前往負(fù)極,而電子則通過外電路前往負(fù)極,之后在負(fù)極相遇重新結(jié)合為鋰原子。 同樣,放電的時候,鋰原子會再次分解為鋰離子和電子,鋰離子還是從隔膜回到正極,而電子則通過外電路回歸正極,中途經(jīng)過用電器為其提供電能。 一個完整的原子包括原子核與核外電子,那么這兩個東西還能繼續(xù)分割嗎?原子核是可以的,在原子核的內(nèi)部存在著兩個東西,一個是質(zhì)子,一個是中子。質(zhì)子的數(shù)量決定著元素的種類,比如擁有一個質(zhì)子的就是氫元素,擁有兩個質(zhì)子的就是氦元素。而中子數(shù)決定了不同的同位素,比如擁有一個質(zhì)子和一個中子的就是氫的同位素氘,而擁有一個質(zhì)子和兩個中子的就是氫的同位素氚。不同的質(zhì)子和中子數(shù)量決定著不同的元素,那么質(zhì)子和中子還可以繼續(xù)分割嗎? 為了看看質(zhì)子和中子里面有什么,人類用上了粒子對撞機(jī),不過即便如此,也未能將它們撞開,但這并不是說質(zhì)子和中子里面什么也沒有。 因為在撞擊的時候,人們發(fā)現(xiàn)質(zhì)子擁有三個不同的散射角度,也就是說質(zhì)子內(nèi)部還擁有三個粒子,并將它們命名為夸克。人類從來沒有成功將質(zhì)子分解開來,因為使夸克結(jié)合在一起的力是強(qiáng)力,它不像電磁力那樣距離越遠(yuǎn)力量越小,而是距離越遠(yuǎn)力量越大,所以根本沒有辦法將三個夸克拉開,而夸克也被定義為基本粒子,也就是組成物質(zhì)的最小結(jié)構(gòu)。迄今為止,人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多基本粒子,組成質(zhì)子的夸克以及原子核外的電子都是其中的一員。 是的,與夸克一樣,電子也是基本粒子,是構(gòu)成物質(zhì)的最小單位,是不可以再分的,所以沒有辦法解釋電子是由什么構(gòu)成的,因為它自己就已經(jīng)是物質(zhì)的最小單位了。 基本粒子的種類雖然很多,但可以劃分為兩類,一類是費(fèi)米子,另一類是玻色子。它們都是物質(zhì)的最小單位,但所扮演的角色不同。費(fèi)米子物質(zhì)結(jié)構(gòu)的最小單位,而玻色子則是傳遞相互作用的媒介,比如使三個夸克緊密結(jié)合的強(qiáng)力就是通過膠子這種玻色子實現(xiàn)傳遞的,如果說費(fèi)米子是磚塊,那么玻色子就是水泥。顯然,電子和夸克都屬于費(fèi)米子,而膠子、光子等都屬于玻色子。 |
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