你相信你手里拿的杯子几乎是真空构成的吗？

要解释这个问题，就要解释「物质是稳定」的这个事实。你可能会说这不就是常识吗，毕竟我们在生活中所见到的固体、液体、气体都不会突然变大变小或者消失。但是你知道吗？物质的稳定性是经典物理学无法解释的，需要用量子力学来研究。

这就需要提到 5 个人和他们的成果，他们的研究顺序也是量子力学发展的时间顺序。

1. 卢瑟福：物体内部有很大的空隙

为了研究原子内部结构，卢瑟福设计了一个实验，用一种叫 α 粒子的东西来往物体内部打。他发现 α 粒子很容易穿过物体，这说明物体内部大部分都是空的。但随着实验的进行，奇怪的事情发生了：有一次，α 粒子打进物体内部后，竟然从原路反弹回来！这说明什么呢？说明在原子内部，一定存在着一种特别小、又特别坚硬的东西。就这样，卢瑟福弄清楚了原子的结构：内部有一个特别小、带正电，还特别坚硬的原子核，原子核外有一些质量更小、带负电的电子。

那么物体内部的空隙有多大？

现在的科学研究已经证明，原子的尺寸非常小，原则上是一个几何点，只有 1 米的 100 亿分之一，原子里的原子核尺度是十万亿分之一厘米到万亿分之一厘米，比起原子的大小，要小十万倍。我们可以把原子核放大一千万亿倍，一千万亿倍是多大的数呢，一般只在天文学中会用到，所以人们才会把这类数字叫做天文数字。原子核放大一千万亿倍，原子核的直径有 1 米。再把原子放大一千万亿倍，原子的大小就有 100 公里，大致相当于从北京到天津的距离。可以想象原子间的距离大到夸张。如此大的空隙为什么我们感受不到呢？

2. 玻尔：氢原子模型

基于卢瑟福的实验结果，玻尔提出了著名的氢原子模型。氢原子中心有一个原子核，原子核外还有一个电子。最关键的是，电子只能在一些特定的轨道上运动，不能在其他地方稳定存在。这就像学校运动会的 100 米赛跑，运动员只能在自己的跑道里完成比赛，而不能横穿操场直接跑向终点。

知道了原子的运动规律，那么原子间有没有机会碰到一起呢，还是很难，毕竟距离太远。所以玻尔的氢原子模型只是解决物质稳定性问题的第一步。

3. 海森堡：不确定性原理

海森堡说原子中的电子，其实并不在一个个独立的轨道上运动，换句话说，电子的位置是不确定的，任何时刻都会同时出现在很多地方。只有当我们去看的时候，才能知道电子具体出现在哪里；如果不去看，电子就会同时待在很多地方。听起来很奇妙，对吧？这就是量子力学的神奇之处。

如果抛弃玻尔电子轨道，让电子可以到处乱转，并同时出现在很多地方，那原子结构就会变得稳定。海森堡的理论让相距甚远的原子可以撞到一起，但无法保证它们相撞后能互相弹开。所以，物质稳定性问题依然没有得到解决。

4. 泡利：泡利不相容原理

泡利不相容原理很简单，就是说在一个氢原子核周围只能有一个电子，另外一个电子根本就进不去。想象一下，在一场舞会上，原子由一对对「舞伴」组成的，他们不喜欢其他的「舞伴」随便靠近。正是由于这个原因，两个原子势必要保持一定的距离，而不会碰撞到一起。这就解释了由一排排原子组成的物体为什么不会突然缩小。

5. 戴森：物质不会塌陷与爆炸的原因

戴森用泡利不相容原理证明了原子核一定会与电子配成一对，形成原子，这也符合我们生活的经验。还是那个舞会，一群男生和一群女生会自动结成一对对舞伴。每个女生都不希望别的女生来抢自己的男伴，男伴也不希望女伴被抢走，从而产生了一种向内的排斥力。这是物质不会突然塌陷的原因。与此同时，每对舞伴中的女生其实还想跟其他男生跳舞，男生也想跟别的女生跳舞，这又会产生一种向内的吸引力，就是所谓的化学键。这就是物质不会突然向外爆炸的原因。既不会塌陷，也不会爆炸，所以物质就能一直保持稳定了。

虽然物质的内部空隙很大，但由于量子力学，由于原子、电子的不确定性，由于物质的稳定性，我们不会感受到一只杯子几乎都是真空。

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来源：知乎 www.zhihu.com

作者：李淼

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