问题

我们摸到的物体表面是原子核的集合,还是外层电子的集合?

回答
这是一个非常有趣且深刻的问题,涉及到我们日常触觉感知的微观基础。简单来说,我们摸到的物体表面,主要是由原子外层电子的相互作用产生的排斥力决定的。 原子核虽然构成物质的骨架,但在我们感知物体表面时,它们的作用是间接的。

让我们来详细拆解一下这个过程:

1. 物体的微观构成:原子

首先,所有我们能够触碰到的宏观物体,无论是坚硬的石头、柔软的布料,还是流动的液体,其本质都是由原子组成的。原子本身又由更小的粒子构成:

原子核: 位于原子的中心,包含质子(带正电)和中子(不带电)。原子核的质量非常大,占据了原子的大部分质量,并且带正电。
电子: 围绕原子核运动的带负电的粒子。电子的分布非常稀疏,几乎占据了原子的绝大部分体积。

2. 宏观世界的“接触”与微观世界的“排斥”

当我们说“摸到”一个物体时,我们实际上是指我们的手指(同样由原子组成)与该物体的表面原子发生了相互作用。然而,这里的“接触”并不是我们通常意义上的直接碰撞或纠缠。

经典图像的误区: 如果我们想象一下,把我们的手指和桌子比作两个宏观物体,它们接触的瞬间,似乎是表面的粒子直接撞上了对方。但在原子层面,情况完全不同。
电子云的叠加与相互排斥: 原子中的电子并不是像行星绕太阳那样在精确的轨道上运动,而是以概率分布的形式存在,形成“电子云”。当我们试图将两个原子靠得很近时,它们的电子云会发生重叠。由于电子带负电,根据电荷同性相斥的原理,这些相互重叠的电子云会产生强大的排斥力。

3. 为什么是外层电子?

电子的分布: 原子中的电子按照能级分布在不同的区域。最靠近原子核的内层电子,它们受到原子核的强大吸引,并且被外层电子屏蔽了很大一部分。而最外层电子,它们的能量较高,分布在原子核的较远区域,也更容易与其他原子的外层电子发生相互作用。
相互作用的决定者: 当我们试图将两个物体的表面原子靠得很近时,是这些外层电子的电子云的相互排斥力变得主导。这种排斥力非常强大,使得两个物体的原子核永远无法真正地“接触”到对方。

4. 原子核的作用(间接的)

原子核虽然不直接产生我们感受到的“触感”,但它扮演着至关重要的间接角色:

提供吸引力: 原子核带正电,对围绕它的电子产生吸引力,将电子束缚在原子内。这种吸引力是维持原子结构稳定的基础。
决定物质的性质: 原子核中的质子数量决定了元素的种类。不同元素原子之间相互作用力的强弱和方式,共同决定了物质的宏观性质,例如硬度、弹性、形状等等。例如,金属中自由电子的存在导致了与普通固体不同的性质,而分子间的范德华力则决定了许多有机物的特性。
构成物质的“骨架”: 原子核是物质质量的主要来源,它提供了物质存在的“骨架”。虽然我们感受到的排斥力来自于电子,但这些电子是围绕着原子核运动的,原子核的稳定存在是电子相互作用的前提。

5. 我们感受到的“触感”的本质

所以,当我们触摸一个物体时:

我们的手指末端的神经传感器接收到的信号,实际上是由于我们手指表面的原子外层电子与物体表面原子外层电子之间的强烈的电磁排斥力作用在我们的皮肤上而产生的。
这种排斥力的大小和分布,以及更深层原子的排列方式和相互作用,共同决定了我们感受到的硬度、光滑度、温度(热传递也是一种能量交换)等一系列触觉信息。
我们之所以能感知到物体的形状和轮廓,也是因为这些外层电子的排斥力在不同区域的表现不同,形成了一种“阻碍”我们继续前进的“势垒”。

总结一下:

我们摸到的物体表面,主要是由原子外层电子的相互排斥力决定的。这种排斥力阻止了宏观物体之间真正意义上的粒子“接触”,构成了我们感知到的“表面”和“硬度”。原子核虽然不直接引起触感,但它们是原子结构和物质性质的根本来源,是电子相互作用得以发生的基础。

可以说,我们的触觉是一种宏观上对微观粒子电磁相互作用的感知。我们并非“穿过”了物质,也并非直接“触摸”到了原子核,而是感受到了由电子的“存在”和“相互排斥”所形成的强大“力量场”。

网友意见

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首先,你肯定接触不到原子核。 然后,你也肯定接触不到原子内的内层电子。 再接着,能不能接触到外层电子,要看你摸的是什么:例如说你用手摸浓硫酸、烧碱等,是肯定能接触到的(要不然也不会发生化学反应了)。 最后,除了上述情况,一般情况下,你能接触到的,是物体表面原子的外层电子所形成的电磁场。

一般而言,我们通常宏观上说的各种物理作用力:例如说压力、摩擦力、弹力等等,本质上都是两坨原子的表面的电子在相互靠近时,因为同性相斥而产生的库仑斥力。


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最近这答案不知道为什么又火了起来,统一回答一下大家关心的问题:

为啥摸不同的东西手感会有很大的差异呢?

手感这种东西呢,其实很主观的。而我们一般称得上“手感”的因素,其实是很多的:

1:软硬/弹性——这和物体的晶格/结构有关。

2:凉热——这一般和外层电子的轨道特性(导热能力)有关(有时候也要考虑上晶格结构,你要是考虑上气体液体,那还得考虑对流传导)。

3:粘性——这一般和氢键有关。

4:平滑——这和物体表面电磁场的强度分布有关(一般来说能用手摸得出来的粗糙/颗粒感,在微观上都是很大很大的一坨东西了)。

而以上这些因素,其本质都100%是外层电子形成的电磁场之间相互作用的电磁力。至于是不是都是斥力,倒是未必——例如说氢键或者晶格形成的作用力——这些力并不永远是斥力或者吸力,会因为条件的不同而变化。

这些话题就不要过度展开了,随便挑一个点,估计在大学相关专业里读个两三年没问题。所以上面有些我也不保证是完全正确或者非常严谨,但是欢迎大家补充。


不过,虽然如此,还是给一个比较形象的打比方的说法吧:

声音本质上就是震动,这点大家应该就知道。震动其基础物理参数,恐怕初中物理就学过:无非就是频率/振幅/相位。而这三个参数的排列组合,在耳朵/大脑里,就构成了我们听到的各种声音(主要是以音色和音量来区分)。

所以,既然“比较简单”的声音(震动),都能给我们这么丰富的主观感受。那“更复杂”的电磁力,同样能给我们在主观上形成丰富的“手感”,就好理解很多了吧?

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