这是基于回答网友的问题：原子核放大到篮球场那么大，拿（工具）去刮凿挖，能挖到边角料吗？

这是一个异想天开的问题。因为原子看不到摸不着，许多人就有这种幻想，就希望把它放大来看看到底是个啥模样。现在我们就来通过这种假设，了解一下原子的有关性质。

原子核放大到篮球场这么大，原子有多大？

一个标准的篮球场，长度为28米，宽度为15米，周边还要有一些空地。通常人们认为原子和原子核都是圆球状的，我们就按照篮球场的内空尺寸放大原子核，这个核就是一个15米直径的球。

不同的原子有不同的核子结构，最小的原子核只有1个质子，原子量为1；最大的原子核有118个质子，179个中子，原子量达到297。我们不去管它，只按照一般的说法，原子的数量级在10^-10m尺度，原子核的数量级在10^-15m尺度，来衡量这个原子有多大。

这样，如果原子核放大到直径15米，这样原子核放大倍数为1.5亿亿倍。那么将原子直径增加同等倍数，这个原子直径就有1500公里。用现实中的物体比较，这个原子核就差不多有一幢别墅那么大，而原子就要占据一个100万平方公里的范围，而中国总面积才960万平方公里。

这个原子就相当一个小星球，差不多有鸟神星那么大，鸟行星是太阳系第三大矮行星。而这个星球般大的原子，总质量的99.87却在别墅般大的原子核上，体积却只有整个原子的几千亿分之一，占据了巨大空间的电子质量几乎可以忽略不计。

那么原子是虚空的吗？

看起来的确是这样，实际上并非如此。早些时期，人们认为的原子形态是行星模型，就是一个个电子围绕着原子核在不同能级上运动，就像一颗颗行星围绕着太阳旋转，所谓虚空就是这么来的。

后来量子力学的发展，粒子运动的不确定性原理认为，人们无法确定粒子运动的位置和动量，因此电子随机地在原子核周围运动，随时可能出现在任何位置，这样就形成了电子云模型。可以理解为，原子的电子外壳实际上并非一个乒乓球样的外壳，而是充实在每一个位置的点。

别看这占据质量极少的电子外壳，却牢固地包裹保护着原子核，要打破这个坚硬的外壳，接触到内部的核，一般的常力是无法做到的。就如题目所说，即便这个原子变成鸟神星这么大，用挖掘机、枪炮、原子弹也无法撼动其表面半分，更别说拿把锄头，或提着一个工具箱去挖、凿、刮原子核了。即便能刮动外围表土，你有办法挖到鸟神星的核心吗？

多大的力才能打破原子的电子外壳呢？

在地球上，组成物质的原子和分子之间是有很大间隙的，因此物质的确是疏松虚空的。任何物质，就连钢铁、金银在高倍电子显微镜下，其结构也是空洞大于实体，因此物质在极大压力下，就会被压缩，密度增大。

但这种增大只是分子、原子之间间隙的缩小，并不会触动原子外壳本身。地球上最大压力在地心，是海平面压力的360万倍，那里的物质在高温高压下成为特殊的流体状，其坚硬和韧性比地球任何地方的物质都大，但原子形态依然没有撼动半分。

压力的单位为Pa，称帕斯卡，简称帕，海平面大气压为101.325kPa（千帕），通俗说法为1个大气压，也可以说1公斤压力，就是每平方厘米承受1公斤的压力。

在木星、土星等大质量行星，核心压力达到几百甚至几千万个，气态氢在这种压力下成为液态，甚至成为金属态，但氢原子的形态依然是完整的。

而人力能够形成的压力有多大呢？挖掘机的压力也就300公斤左右，狙击步枪子弹对目标压力约1000公斤，原子弹爆炸核心压力可达几十万个大气压强。也就是说地球上人为的力是无法打破原子电子外壳的，更别说触动内部的原子核了。

能够撼动原子外壳的白矮星。

宇宙中有一种星球叫白矮星，体积只有地球大小，质量却相当太阳这么大，因此其密度极大，达到10吨/cm^3，这种星球一般是太阳质量8倍以下的恒星，死亡后留下的尸骸。

这种星球为什么密度有这么大呢？就是因为极高的引力压，将物质的原子外层结构破坏了，原子外层电子成为自由电子，被压缩到最靠近原子核的能级，电子之间的距离被压缩靠近了。但白矮星物质的原子核依然没有脱离电子的保护，只是荡漾在电子的海洋中。

这个压力有多大呢？研究表明白矮星表面引力压力达到地球的4.5亿~10亿倍，表面重力达到地球表面的18万倍以上。这样巨大的压力虽然把原子外层电子压得紧致了，电子与原子核之间的空间变小了，但依然无法触及到原子核。

只有当白矮星通过吸积达到钱德拉塞卡极限，也就是1.44个太阳质量以上，白矮星就会坍缩成一个中子星。

量子简并压是支撑白矮星、中子星的力量。

何谓量子简并压？量子力学把基本粒子分为玻色子和费米子，电子、质子、中子都属于费米子。费米子粒子遵循泡利不相容原理，就是费米子组成的系统中，不能有两个或两个以上的粒子处于完全相同的状态。通俗点说就是当它们在一起时，就会像小孩子们玩游戏一你推我搡，相互不让靠近，只有在极大压力下，才会压垮这种排斥力。

白矮星就是依靠电子与电子之间的相互排斥力，支撑着巨大的重力压力，维持着星球的物质形态。这种支撑压叫电子简并压。当引力压力进一步加大，电子简并压无法支撑这种压力时，电子就被压到了原子核里。

由于电子带负电，原子核的质子带正电，它们碰到一起就会中和变成中子。这时，中子与中子之间相互排斥的压力支撑着物质保持某种形态，这种支撑压就叫中子简并压，这种全部由中子组成的物质就叫中子简并态物质，有这种物质组成的星球就叫中子星。

中子星体积只有10公里左右直径，质量却达到太阳的1.44倍以上，因此其密度高达10亿吨/cm^3，表面压力达到10^18个大气压强，也就是每平方厘米1000万亿吨。

宇宙中顶级极限压力就是黑洞。

当中子星通过吞噬恒星或星际物质，达到奥本海默极限，也就是中子星质量达到太阳3倍以上，中子简并压就无力支撑自身巨大引力压力了，所有物质都无限坍缩到中心那个无限小的奇点上，中子、夸克都破碎化为乌有，可见物质再也不存在，只剩下质量、电荷、角动量三个物理量，这就是黑洞。

由此可见，要破坏原子外壳，改变原子核结构，依靠蛮力是做不到的，需要的力量太大了。但聪明的科学家们并不需要蛮力解剖原子，而是通过高温、低温、碰撞等方式，深入到原子核内部去了解物质深层次本质，如可控核聚变、波色~爱因斯坦凝聚态、大型强子对撞机等方式，获得了许多基本粒子的信息，从而让人类文明走向新的高度。

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来源: 原创