核城轶事

说起“核”，我们指的可不是桃核杏核，而是原子核！平时我们很难看到原子核，因为它们太小了。普通人眼能够分辨的最小尺寸是0.1毫米，视力更好的一些人能勉强看到0.05毫米。而原子的直径大约为10-10米，原子核的直径则是10-15米。这是什么概念呢，相当于100亿个原子核聚集在一起，我们才能勉强用肉眼看到。可想而知原子核有多小。

原子核

但是放眼整个宇宙，银河系的直径大约是10万光年，约合1020米。在银河系中，地球也就是相当于人体之中的一颗原子而已。

至大无外，至小无内。——《庄子·天下》

虽然我们无法像观测宇宙、观察地球一样研究原子核，但是庄子告诉我们，其实大的东西跟小的东西，除了大小有差别，其实本质上并无差别。它们遵循相似的规律，有着相似的行为，甚至有时候可以相互转化。比如根据天体物理学家的研究恒星的最终结局就是质量极大的奇点。而宇宙也是从一个奇点通过大爆炸产生的。

宇宙星系与星云

一花一世界，一木一浮生。——《佛典》

“一花一世界”说的是宏观世界与微观世界有着奇妙的联系。原子虽小，其实跟我们生活的地球很像。为了能够更加形象的了解原子及原子核，我们不妨把原子核想象称为一座城，并姑且把它称之为“核城”吧。

这座城市同我们现在常见的城市一样，分为市区和郊区。市区就是我们所谓的“原子核”，是核城之核心区域。正如城市市区的人口密度极大一样，原子核的密度极大，集中了99.9%以上原子的质量。密度高达1017千克/立方米，1立方米的体积如装满原子核，其质量将达到1014吨，即1百万亿吨。而在核城的郊区，零零散散地住着一些不愿意被城里的快节奏所束缚的人。他们每天自由自在，像云一样到处飘荡，经常被称为“电子云”，所以我们姑且就称郊区为“云栖小镇”吧。

原子核与电子云

上面的这张图，非常形象的显示了原子核与电子云的形态。是不是跟飞满卫星的地球有点像？说句玩笑话，也许电子真的是原子核发出的卫星也说不定。我们苦苦寻找的外星人，也许就生活在核城之中。

有之以为利，无之以为用。——《老子·道德经》

电子云非常稀薄，又占据了很大的空间，有跟没有一样。有人会问那它们有啥用呢？想象一下地球大气层吧，你就知道它们多么有用！首先它们可以有效的保护原子核。上文已经说过，原子核的密度很大，根据爱因斯坦质能方程，质量越大的东西，蕴含的能量越大。假如原子核周围没有范围广大的电子云，那么原子核之间就很容易相互碰撞，那么将是灾难一场。但是有了电子云就不一样，当两个原子相撞了，首先相互作用的是电子云。电子云是带电的，而且都是负电，我们都知道同性相斥，两团电子云刚一接触就想驱逐对方。当然摩擦和冲突也是少不了的，但是对于远在市区的原子核来说几乎没有影响。

那么原子核里面是啥样的呢？根据科学家的研究，它并不是铁板一块，而是由质子和中子组成。用核城来形容的话，里面住着男人和女人。其中质子是男人，他们都是非常富有，非常聪明，并充满正能量的（质子带正电）。质子的谐音就是“置资”，可见他们多么的有钱。这些有钱的男人们，当然需要女人（中子）的陪伴。中子的谐音就是“忠姊”。所以一般情况下，她们非常忠心，一旦结合成为伴侣，就会老老实实的待在质子的身边。

而电子则非常像质子请来的保镖，所以质子的数量经常是与电子的数量是一致的。他们身轻如燕，每天都是高速的在质子和中子的家附近跑来跑去，时刻保护着这个家的周全。一旦发现有外人靠近，就会立即采取驱逐行动。

多个质子经常会像兄弟一样形成家族。不同的家族就形成了我们世界的各种物质。例如我们比较熟悉的惰性气体氦，它的原子核里有两个质子，同时这两个质子各有一个妻子。也就是说，氦的原子核里面有两个质子和两个中子。听起来似乎非常的和谐，但是只是个例。其实原子世界里既不是一夫一妻制，也有单身贵族。

原子核结构

比如元素周期表中的第一位氢元素吧，它不仅喜欢独来独往，而且是一位独身主义者。也就是说，氢原子核孤单单的只有一个质子，而且没有中子，氢原子和它的电子形成的体系很像地球和月亮。虽然氢是名副其实的孤独王子。但这似乎对他并没有什么影响，他可谓是一身“氢”松。每天就是旅旅游，逛逛街，一人吃饱，全家不饿，好不自在。

氢原子结构

再比如脾气非常暴躁的铀元素吧，它有一个大家族，足足92个兄弟住在一起。并且，他们的妻子并不是92个，而是一百四十多个，所以说铀真的是很油啊。不仅如此，由于兄弟众多，纷争也在所难免，其结果就是铀家族经常是一言不合就分裂了。铀家族的分裂还十分可怕，科学家称之为叫做“裂变”，并利用其制造原子弹。所以铀家族每次裂变都是惊天动地的。

铀原子结构及其裂变

还有不得不提的铁元素。铁元素家族中一共有26个质子兄弟，他们一共有30个妻子。虽然同样是男少女多，但是铁家族是特别的和谐稳定，是一群名副其实的“老铁”。科学家研究发现，铁是宇宙中最稳定的元素，比铁质子少的元素，家族太小，喜欢聚会（聚变）；比铁质子多的元素，家族太大，容易裂变。只有老铁们，踏踏实实，安安静静。由于铁的超高稳定性，宇宙中很多星球的都是以铁作为核心。

铁原子结构

在核城里，有的家族质子数量相同，但是中子数量却不相同，这种还是属于同姓家族，不过是远房亲戚，它们相互之间称呼对方为同位素。还拿氢原子来说事吧，当单身的氢原子有了一个妻子（中子），就变成了氘（dao）元素；而当它取了两个妻子，就变成了氚（chuan）元素。这时候氘和氚都是氢的同位素。

氢元素及其同位素

科学家对原子及原子核的结构的研究过程，也是一波三折。最初科学家认为，原子是构成世界的基本颗粒，不可以再分了。直到他们发现了原子核内还有质子和中子。然后他们就认为质子和中子就是基本颗粒，不可再分了，直到他们发现了夸克。目前科学家认为夸克就是组成世界的最基本的颗粒。以后他们会不会又变卦呢？这个只有科学家自己才知道。

每个质子由三个夸克组成，每个中子也是由三个夸克组成，这是科学家的最新研究成果。不同的质子和中子组合就构成了丰富多彩的世界，是名副其实的“三生万物”啊。从一个原子核，到一个质子一个中子，再到三个夸克，正应了中国那句老话：道生一，一生二，二生三，三生万物。后来科学家又发现，夸克虽然作为基本颗粒，但并不是一模一样，而是分为六种。并分别给他们起名字叫：上（u）、下（d）、奇（s）、粲（c）、底（b）及顶（t）。

夸克构成的质子和中子

而在中国几千年前就产生的古老周易文化之中，八卦按照上下卦进行叠加生成六十四卦。每一个都含有六个爻。分别为“初爻、二爻、三爻、四爻、五爻和上爻”，跟夸克的六种类型似乎是一一对应的，值得人们去深思。

周易八卦及其爻变