第2讲
物质为何能保持稳定

我们平常见到的很多物体都是稳定的。比如我们屁股下面坐的椅子，手中拿的手机，打开电脑看到的屏幕，在很长一段时间内都不会突然变形、走样或爆炸。这是为什么呢？

这个问题一定会让你觉得莫名其妙。这有什么好问的？本来就应该如此啊！比如说，我们平常用的不锈钢汤勺和刀叉，拿在手里感觉很结实、很坚硬。我们觉得这理所当然，它们本来就应该坚硬。还有很多其他材料也很结实，例如比不锈钢更坚硬的材料——钻石。然而，我们很快会看到，这真的是一个烧脑的问题。

当然，很多材料没有不锈钢餐具和钻石这么坚硬，例如石头。石头也很坚硬，不论是大石头还是小石子，它们都不会突然变软，不会突然变小，更不会突然爆炸。还有比不锈钢和石头更不结实的东西，例如木头。但木头也不会突然变小，不会突然向内塌陷，也不会突然向外爆炸。

我们日常见到的不锈钢、钻石、石头、木头，它们都是固体。固体不会在一般压力之下变形，这是固体的性质。此外还有液体，比如我们日常生活里最需要的东西——水。一个人可以几天不吃饭，但是不能几天不喝水，几天不喝水人就会死掉。水这种东西也不会突然爆炸，不会从一杯水突然缩小到一滴水。水的大小，或者说体积，不会改变，这种性质跟固体是一样的。

还有比水更柔软的东西，就是空气。我们可以看到天上的云彩以及蓝色的东西，这蓝色的东西就是空气。空气之所以变成蓝色，是太阳光照到空气上面产生漫散射造成的，具体细节我们在这里就不讲了。蓝色空气是比水更加柔软的东西，物理学中把它叫作气体。气体同样不会突然变大，也不会突然变小。这种不会突然变大或变小的性质，叫作稳定性。

一个多世纪以前的物理学家就已经发现，不论是固体、液体还是气体，这些物质实际上是由更小的原子组成的。我们用显微镜看这些物体，特别是前面提到的不锈钢，就会看到不锈钢里面有很多原子，排成一列一行、非常规则的形状。但你会发现，在不锈钢原子之间存在很多空隙，也就是空白的区域。不锈钢原子和空白区域的尺寸差距有多大，待会儿我们会用一个形象的比喻来描述。你会看到不锈钢原子与空白区域相比小得可怜。也就是说，两个原子之间的空隙非常大，大到不可思议。

这就产生了一个问题，如果把水杯放在桌子上，为什么水杯不会穿过桌子掉下去？我们已经知道，水杯和桌子都是由原子构成的，而桌子里的原子和原子之间存在很大的空隙，水杯的原子和原子之间也存在很大的空隙。那么，为什么组成水杯的原子不会从组成桌子的原子之间的空隙中掉下去？这是一般人平时完全没有思考过的问题。换句话说，尽管世上有很多物体，表面看好像很密实，中间没有任何空隙，但如果拿显微镜一看，你就会发现，其实这些物体内部绝大部分区域都是空的，而原子就悬空排在那里。但奇怪的是，这些物体依然能保持稳定，不会突然变大或变小。为什么会这样呢？这就是我们想问的问题。而这些问题的正确答案，就在我们这本书介绍的量子力学中。

第一个发现物体内部很空的人叫卢瑟福，是英国剑桥大学的一位物理学家，1908年获得了诺贝尔化学奖。一位物理学家，最后居然得了诺贝尔化学奖，听起来是不是很奇怪？卢瑟福本人对此也是相当不满，觉得自己明明应该得物理学奖。可能你会问，物理学奖也好，化学奖也好，都是诺贝尔奖，得哪个都一样，干吗还要斤斤计较呢？对我们普通人来说，这两个奖确实差不多。但在卢瑟福看来，这两个奖的区别可大了，化学奖完全不能和物理学奖相提并论。因为他曾说过一句名言：“科学研究，除了物理，其他的都是集邮。”

不但卢瑟福本人很牛，他培养的学生也是超级厉害。他的学生和助手，先后共有12个人获得了诺贝尔奖！要知道，除了欧美、日本等少数发达国家和地区，其他大多数国家都没有这么多诺奖得主。换句话说，卢瑟福一个人培养的诺奖得主，比世界上绝大多数国家以举国之力培养出的诺奖得主还要多！在卢瑟福所在的卡文迪许实验室，还一直流传着这么一个故事，一天深夜，卢瑟福去实验室检查，意外地发现有个学生在做实验。他走到学生的身后，轻声问道：“你上午在干什么？”学生回头一看是卢瑟福，立刻站起来回答：“在做实验。”卢瑟福又问：“那下午呢？”学生回答：“在做实验。”卢瑟福再问：“晚上呢？”学生以为老师会表扬他勤奋，所以得意地回答：“也在做实验。”没想到卢瑟福一脸严肃地问：“你整天都在做实验，还有时间去思考吗？”学生当时就哑口无言。临走时，卢瑟福告诫他：“别忘了思考！”从此，这句话就成了卡文迪许实验室的名言。

言归正传。卢瑟福想要研究原子内部有什么结构。他设计了一个实验，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，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！卢瑟福后来在回忆录里写道：“这是我一生中碰到的最不可思议的事情。就好像你用一门口径约40厘米的大炮去轰击一张纸，却被反弹回来的炮弹击中一样。”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，也就是所谓的原子核。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。

在继续往下讲之前，让我们先回顾一下本节课中提出的问题：为什么由很多原子构成、中间存在很大空隙的物质能保持稳定？这个问题为什么很难回答呢？

我们现在想象有两队士兵，他们排成两排，每排相邻两个士兵之间的距离为十米，然后他们互相朝对方走过去。你会发现由于每排士兵之间都相距十米，他们撞上对方士兵的可能性是很小的。多数情况下，他们会相互穿过，没有任何碰撞地走过去。这其实就是我们前面问的问题。把一个水杯放在桌子上，水杯原子间存在很大的空隙，桌子原子间也存在很大的空隙。但问题是，水杯原子总能撞上桌子原子，因此才不会穿过桌子掉下去。

士兵的例子其实只是一个简单的类比。事实上，这个问题比我们想象的要惊人得多。物质的原子之间，已经空荡到极其夸张的程度。到底有多夸张呢？现在就让我们来看一看。

打个比方，让我们把一个原子核放大一千万亿倍。一千万亿是什么概念呢？我们地球上目前有70亿人。有人估算过，如果把所有曾在地球上生活的人都加起来，大概会有一千亿人。用这一千亿再乘以一万，就是一千万亿。这么大的数字，一般只有在天文学中才会用到，所以人们就把这类数字叫作天文数字。把一个原子核放大一千万亿倍，这个原子核的直径就会达到1米，和一个士兵的身高差不多。

我们前面已经提到了原子的结构，就是电子在绕着原子核转，有点像地球在绕着太阳转。我们把电子所在轨道的大小看作是一个原子的大小。类似的，我们把原子也放大一千万亿倍。你猜现在的原子会变成多大？有100公里，大致相当于从北京到天津的距离。换句话说，如果把原子核放大到一个人的大小，那么原子核之间的距离最少也会有从北京到天津那么远。让我们回到士兵的比喻。有两排士兵，每排相邻的两个士兵之间都隔了100公里。现在让这两排士兵互相朝对方士兵走去。那他们会彼此相撞吗？肯定不会！

可能聪明的小朋友会问了，虽然原子核之间隔了很远，但如果让每个原子核或电子都运动起来，就像让每个士兵都在自己的队伍里来回跑动，这两队士兵是不是就会相撞了呢？答案是相撞的可能性的确会增大，但依然非常小。因为相邻士兵之间毕竟隔了100公里，那可是从北京到天津的距离。不相撞，就可以互相穿越。那为什么我们在现实生活中从未看见水杯穿越桌子掉下来呢？

第一个回答这个问题的人就是玻尔，他是丹麦的一位大物理学家，也是卢瑟福的学生。他最早提出了氢原子的模型，也就是一个电子绕着一个原子核转的模型。在谈玻尔的氢原子模型之前，我们先来讲几个关于玻尔的有趣故事。

先说一个流传甚广的故事。有一天，卢瑟福的一个同事突然打来电话，说他现在有一个学生考得很糟，他要给零分，这个学生偏说自己该得满分，请卢瑟福来评判一下到底谁对谁错。原来，卢瑟福的同事出了这样一道题：“给你一个气压计，你怎么用它来测量一栋楼的高度？”答案其实很简单。地面的气压比较高，高处的气压比较低。如果我们去云贵高原，或者去更高的青藏高原，就会感受到青藏高原和云贵高原气压是比较低的。利用地面和楼顶测到的气压值，就可以推断出大楼的高度。

但玻尔的回答让人大跌眼镜。他说可以把气压计拿到楼顶，另外带一根很长的绳子，把气压计系在绳子的一头，再把气压计垂向地面，等气压计碰到地就收回来，收回来的绳子的长度就是大楼的高度。这个回答当然是正确的，但并不是一个物理学的答案。所以卢瑟福的同事就想给他零分。

卢瑟福见到玻尔的时候，玻尔说其实他有五六个物理学的答案。卢瑟福就好奇了，说你能说出几个你的答案吗，玻尔说好。有一个物理学答案是这样的：把气压计拿到楼顶上，然后一松手让它自由落地，通过测量它落地的时间，就可以根据自由落体定律算出大楼的高度。玻尔还有好几个物理学的回答，都是这种虽然正确、但令人抓狂的答案。最后，玻尔说他还有一个最简单的答案：可以去找大楼的看门人，跟他说如果他能告知大楼的高度，就把气压计送给他。卢瑟福觉得这个年轻人很有才气，于是就给了他满分。

不过真实情况是，玻尔第一次见到卢瑟福的时候，他就已经在哥本哈根大学拿到了博士学位。玻尔后来又回到了哥本哈根大学，创建了著名的玻尔研究所。顺便说一下，我的博士学位就是在哥本哈根大学的玻尔研究所拿到的，那是1990年的事了。所以，上面讲的故事其实是玻尔的粉丝编出来的，来说明玻尔多有才气。下面我再讲一个真实的玻尔的故事。

一提起科学家，很多人脑海中立刻浮现出一副陈景润似的身单力薄、病歪歪的形象。但事实上，科学家中也有不少肌肉男，其中最典型的例子就是玻尔。玻尔年轻时是一个非常有名的足球运动员。他还有一个后来当了数学家的弟弟，比他更厉害，曾经代表丹麦国家足球队参加过奥运会，并且获得了奥运会的银牌。兄弟俩都曾效力于哥本哈根大学足球队。这是一支很强的球队，多次获得丹麦全国比赛的冠军。玻尔是这支球队的替补守门员。为什么是替补呢？我们刚才说过，玻尔所在的球队很强，一般都是他们去围攻别的球队的大门，很少会让别的球队威胁自己的球门。作为这支强队的守门员，玻尔在大多数时间里都是很闲的。为了打发时间，他养成了一个“坏”习惯，就是在空闲的时候会找几道物理题来算。有一次，他们和一支德国球队比赛，玻尔又习惯性地算上物理题了。结果德国球员发动反击，看到对方守门员不知道在发什么呆，就直接远射吊门。玻尔还沉浸在物理的世界里，根本没注意到发生了什么就被德国人攻破了球门。玻尔球队的教练勃然大怒，从此以后就把玻尔贬为替补守门员了。

基于卢瑟福的实验结果，玻尔提出了著名的氢原子模型。下面就是这个模型的示意图。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。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。电子也是如此，它只能待在特定的轨道里，无法在其他地方稳定存在。这样就像我们刚才所说的，如果士兵都可以在自己队伍里来回跑动，那么这两队士兵相互走过去的时候就有可能碰到一起了。

尽管这两队士兵都可以在自己队伍里跑，他们相互走过去碰到一起的可能性还是很小，毕竟相邻两个士兵之间隔了100公里。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。

第二个推动问题解决的人是德国物理学家海森堡。海森堡在大牌物理学家中是一个异类。为什么这么说呢？因为很少有大牌物理学家像他这样数学不好。海森堡读博士时研究的是湍流，就是我们平时看到的那种江河水很混乱地流动的现象。研究湍流需要解一个很复杂的方程。但是海森堡数学不好，解不出来，弄得差点都毕不了业了。不过海森堡有一个很大的优点，就是他的物理直觉特别好。也就是说，他虽然搞不懂中间过程，却善于跳过过程直接得到最终的结果。海森堡猜出了一个此方程的近似解，拿到了博士学位。结果这个为了毕业乱猜出来的解，最后居然被一些数学家证明是正确的。

回到我们的主线。海森堡是怎么解释物质稳定性问题的呢？他说原子中的电子，其实并不在一个个独立的轨道上运动，而是像我们上节课讲的，像鬼影一样到处移动。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。

海森堡是怎么产生这种奇妙的想法的呢？24岁那年，海森堡得了很严重的过敏性鼻炎，没法工作了。所以他跑到一个叫黑尔戈兰的小岛上去度假疗养。这个岛光秃秃的，岛上没有树，没有花，没有草。海森堡住在这个光秃秃的小岛上，过敏性鼻炎好了，因此他脑子也清醒了。他思考玻尔的模型，觉得如果抛弃轨道的概念，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。你想啊，虽然两个士兵相距100公里，相当于从北京到天津，但这些士兵个个有超能力，在任何时刻都能出现在北京与天津之间的任意地方。那你说，这两排士兵是不是就很容易撞上了呢？

这是正常的答案。但我想真实的故事应该是这样的：海森堡在光秃秃的小岛上觉得无聊，四处散步，然后黄昏时看到了低垂于海面上的云彩。他突然来了灵感，觉得电子要是没有确定的位置，而是像云彩一样飘散在各处，两个原子就有可能会撞到一起。

但我们知道，云彩是软绵绵的。两朵云相撞的时候会融为一体，而不是像水杯和桌子那样泾渭分明。换句话说，虽然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。

第三个解决问题的人出现了，他就是海森堡的师兄，奥地利物理学家泡利。

泡利是历史上赫赫有名的天才。天才到什么程度呢？我给你们举个例子。我们都知道，20世纪最伟大的物理学家是爱因斯坦，而爱因斯坦最著名的理论是广义相对论。这个理论特别艰深，以至于在它被提出后的十年间，全世界都没有几个人能搞懂它。但在广义相对论被提出后的第五年，年仅21岁的泡利就写了一本书来系统地介绍它。你想想看，一个21岁的年轻人，仅凭一己之力就弄懂了全世界没几个人懂的理论，还把它深入浅出地写成了一本书，这是一件多么不可思议的事啊！就连爱因斯坦本人都发出惊呼：“任何该领域的专家都不会相信，此书竟出自一个年仅21岁的青年之手。”

现在我们来讲讲泡利是怎么解决这个问题的。泡利这个人很喜欢跳舞。一个有名的故事说，他曾为了参加一个大型舞会而拒绝出席某届索尔维会议。索尔维会议是历史上最有名的物理学会议，每次都会邀请几十位世界上最著名的物理学家。能参加这个会议，对物理学家而言是一件很荣耀的事情。但泡利放着这个最著名的物理学会议不参加，反而去参加了一个舞会。

泡利在舞会上发现了一种现象：一个男生和一个女生跳舞，通常都是一对一对跳的；而如果一个女生跟一个男生跳舞，她会很讨厌另外一个女生也加进来跟这个男生跳舞。

可能会有小朋友说了，这算哪门子发现啊？这不是谁都知道的事吗？但恰恰是受这个平淡无奇的现象启发，泡利发现了著名的泡利不相容原理。这个原理其实很简单，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。正如一个男生只能和一个女生跳舞，不能同时跟两个女生跳一样，“一朵云彩”里面也只能有一个电子，不允许第二个电子的存在。你看，泡利不相容原理一引进来，原来软绵绵的云彩立刻就变得很坚硬了吧？换句话说，原子是由一对对“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。这就解释了我们上面说过的由一排排原子组成的物体不会突然缩小，以及水杯放在桌子上不会突然掉下去的问题。

对泡利不相容原理做出进一步贡献的人叫费米，是一位意大利的物理学家。第二次世界大战的时候，费米逃到了美国，去帮美国人造原子弹。原子弹造好以后，大家都想知道这种新武器到底有多大威力，可又不敢真的跑过去测量，因为离得太近就没命了。这时费米想了个办法，在很远的地方就把原子弹的爆炸威力给测出来了。你猜费米是怎么做到的？他随手抓了一把纸屑，在原子弹爆炸的时候往空中一抛。爆炸掀起的大风让这些纸屑往后飘了一定的距离。费米就用这段往后飘的距离，估算出了原子弹爆炸的威力。

费米认为在原子的世界里，所有女生其实都是一模一样的。换句话说，所有的电子都长得一模一样。两个一模一样的女生可以在两朵不同的云彩里和两个男生跳舞，但是不允许这两个女生在同一朵云彩里和一个男生跳舞。

聪明的小朋友可能会问，我们能不能把原子核放在一堆，把电子放在另一堆，然后让一大堆原子核和一大堆电子互相绕转？如果发生这种情况的话，物质还会不会塌陷或爆炸？这是一个很好的问题。解决这个问题的人是英国物理学家戴森。

戴森是英国人，却长期住在美国。他发现英国人总是很悲观，而美国人总是很乐观；英国人总是勇于承认失败，而美国人总是要当胜利者。戴森觉得这两种性格都太极端，不好。最好还是把两者结合在一起。受此启发，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，从而形成原子。这也符合我们日常生活的经验。在舞会上，不可能是男生挤成一堆，女生也挤成一堆，然后一堆男生和一堆女生围在一起跳舞。舞会总是由很多对舞伴组成，每对舞伴都包括一个男生和一个女生，男生和女生会自动在舞会上结成舞伴，这就彻底解决了物质为什么不会塌陷的问题。

估计有同学要问了，你只说了为什么物质不会向内塌陷，并没有说为什么物质不会向外爆炸啊？答案其实很简单。我们已经说过，原子核会与电子配对，从而形成原子。这就像男生和女生会结成舞伴，然后在舞会上跳舞一样。常常会有这种情况：一对舞伴中的男生也想跟其他女生跳舞，而一对舞伴中的女生也想和其他男生跳舞。因此，不同的舞伴之间可以相互交换成员。类似的，不同的原子之间也可以互相分享电子和原子核。这种情况下，不同的原子间会产生一种吸引力，这就是所谓的化学键。

给大家看一张图。这就是两个氢原子形成一个氢分子的示意图。氢原子是由一个氢原子核和一个电子所组成的一对舞伴。当两个氢原子足够接近的时候，两个氢原子中的电子就可以越界跑到对方的区域。这就像两对舞伴，其中的两个女生都可以去跟另外的男生跳舞。这样，两个氢原子由于化学键的吸引力紧紧地结合在一起，从而形成了一个氢分子。正是由于化学键的吸引力，物质才不会四处飞散，更不会突然爆炸了。

让我们来总结一下本节课的内容。在舞会上，一群男生和一群女生会自动结成一对对舞伴。每对舞伴中的女生都不希望别的女生来抢自己的男伴，从而产生了一种向外的排斥力。这就是物质不会突然向内塌陷的原因。与此同时，每对舞伴中的女生其实还想跟其他男生跳舞，而每对舞伴中的男生其实也想跟其他女生跳舞，这又会产生一种向内的吸引力。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。

最后给大家一个彩蛋，讲讲著名的戴森球。这是由刚才说到的物理学家戴森最早提出来的。什么是戴森球呢？其实就是一个巨大的太阳能发电站，大到足以把整个太阳都包起来。这样太阳发出的所有能量，都可以被转化成电能。当然，这东西太先进了，我们人类在很长一段时间内是造不出来的。假如有外星智慧生命，它们的文明就有可能发达到足以造出戴森球。一旦它们造出了这个东西，被戴森球包住的那颗恒星的亮度就会显著降低。这样，我们人类就可以通过观测恒星亮度的变化，来寻找这些外星文明了。

延伸阅读

1　原子中的电子是一个基本粒子，它是点状的，没有大小，所以不会爆炸；所有基本粒子在物理学中都是数学上纯粹的点，没有大小也没有长宽，因此不会爆炸。

2　火药为什么会爆炸？这是一个很好的问题。如果我们不点燃火药，它不会爆炸。火药爆炸的原因是它发生了化学反应，就是火药里的不同成分发生了反应。这些化学反应有时会产生斥力，这时候就会发生爆炸。

3　经典物理当然有用，当很多原子和分子组合在一起，这团物质被看成一整个对象的时候，它就满足经典物理学，但是经典物理学没法解释物质为什么会保持稳定。

4　泥土会塌陷是因为当泥土重到一定程度的时候，泥土中原子的斥力不足以抵抗压力，所以会塌陷。当泥土密度大到一定程度之后，也就是当你将泥土夯实到一定程度的时候，它的分子和原子之间的斥力可以排斥压力，就不会塌陷了。

5　所有物理学规律都是用实验来验证的。当一个原子掠过另一个原子时，它有可能把那个原子里的电子带走，这个带走的可能性是可以计算的，就像两对舞伴互相路过的时候有可能交换舞伴，交换的可能性也可以计算——假如我们知道这些跳舞人的心思。

6火是一个概念，当我们看到火的时候，其实是一团物质在发光。加热物质之后，它里面原子中的电子会被激发出来，电子从原子中掉出来就会辐射光。所以火本身不是物质，火只是物质发光的一种现象。

我们通常把火向上烧的那个发光的部分看成火，其实它大部分是气体。铁也发光，我们会说铁烧红了而不说那是火，这是习惯说法。铁发光的时候跟空气发光是一模一样的。

7　每个质子和电子都有确定的重量。如果能称重量，每两个电子的重量是完全相同的，这就是费米发现的事实：所有电子都长得一模一样，没有办法区分。每两个质子的重量也是完全相同的，当然，不同元素的重量不同。氧元素与碳元素的重量是不同的，金原子与银原子的重量也不同，总之，每个不同元素的原子都有不同的重量。

8　我们可以造出一些不稳定的重原子核，特别重的元素通常是人造出来的。有时候一个很重的元素刚造出来就被毁掉了。

9　电子永远不会碰到原子核，因为电子就是围绕着原子核的一团雾。当两个原子靠近的时候，它们的电子会互相干扰对方，但不会碰到原子核。

10　电子能量高的时候可以叫成高能粒子，中微子高能的时候也是高能粒子。不同的粒子之间会发生不同的反应。电子最小（最轻），电子是基本粒子。原子核不是基本的，原子核里面有质子和中子。质子和中子也不是基本的，质子和中子是由夸克组成的。

11　现在可以确定中微子不是暗物质，暗物质一定是我们不知道的一种粒子，或者某几种粒子。

物理学家一般认为夸克本身是基本粒子，没有大小，像电子一样。原子没有办法被切成若干份，是因为原子由原子核和电子组成，你只能把电子从原子中拿掉，然后剩下一个原子核，你没有办法把原子核切成若干份。夸克是基本粒子，像电子一样不可再分。

12　我们现在通常用的加速器都是用来加速电子或质子的，因为它们都带电，不带电的粒子是没有办法被加速的。

13　中微子之间几乎没有吸引力，因此不可以用中微子组成任何物质，原子之间是有吸引力的，所以原子可以用来组成物质。

14　夸克是基本粒子，电子也是基本粒子，中微子和光子也都是基本粒子，当我们说大小的时候，指的是它们的质量，而不是尺寸，因为基本粒子都没有尺寸。

15　电子不能组成物质，因为电子都带同样的电荷，它们之间是互相排斥的，必须要将原子核和电子放在一起才能组成物质。

16　目前在加速器上可以通过碰撞的办法制造出反物质，但不能大批地生产。

17　物质积聚大到一定程度的时候，可能会塌缩成黑洞。黑洞形成之后，我们不能说出它由什么物质组成，因为只要黑洞的质量一样大，它们就长得一模一样。

18　亚原子是一个概念，我们通常将比原子小的东西叫作亚原子。原子核是亚原子，电子、中微子、基本粒子都是亚原子。

19　如果不经过剧烈的过程，通常自然界中只有比太阳大很多的物质才会塌缩成黑洞，比如，天体里面的黑洞质量都超过了10个太阳的质量。前段时间引力波发现了两个黑洞，一个是36个太阳质量，一个是29个太阳质量。

20　虫洞是一个假想的东西，也许它并不存在，只是一个物理学家想象的东西，虫洞只是一种时空形态，而不是任何物质。

21　基本粒子没有大小，这一点是很难理解的，因为它有质量，所以也就是说，它的密度是无限大的。的确，物理学家用量子力学和相对论来解释基本粒子，就得假设它没有大小，在逻辑上是这样的。

22　不确定性原理是海森堡发现的，电子在原子中的位置是不确定的。当你试图确定电子在原子中的位置时，往往这个电子已经被你打出原子，不在原子里面了。

23　普通电流，比如电线里面的电流，由运动的电子构成。这些运动的电子是怎么来的？当电子变成自由状态时，在电压的作用下，会从一个原子核跳到另外一个原子核，它们就成为运动的电子了。但半导体里面也可以由其他方式产生电流，就是少了一个电子的原子运动起来产生了电流。 W+1TMcfFjH1Wk/rtUCeB98DL/VIZ/bVpWIKu7KVR6ynMOOB+VO/zGG5gqcNy7eRo