對于“原子長什么樣子？”

這一看似幼稚的提問，許多人的第一反應往往是腦海中浮現出中學課本里常見的示意圖：一個原子核坐落中心，數顆電子如行星繞日般在固定軌道上快速繞轉。就像下面這張簡圖所示：

然而，有些朋友可能會質疑，這樣的表達并不準確。以鐳原子為例，其電子在原子核外的排布是有層次的，像是洋蔥的層次一樣，由內而外，層層包裹。這樣的話，鐳原子的圖示應該是下面這樣的：

那么，這種畫法是否準確無誤呢？

在大眾的認知和教育體系中，這種圖示的確是正確的，因為它概括了原子的基本結構。將原子放大到體育場那么大，原子核就像場中央的一粒綠豆，電子則更小，如同觀眾席上的一粒灰塵。

可見，原子內部似乎相當“空曠”。

那么，在電子與原子核之間的浩瀚“空地”，究竟充斥著什么？是人們通常所稱的“真空”，還是充滿了某種神秘的物質？

原子，作為萬物構建的基本單位，其微小之至，尺寸約僅1納米的百分之一，換算過來約百萬分之一毫米。由于它比可見光的波長還要細小，我們無法借助任何光學顯微鏡進行觀測。直至掃描隧道顯微鏡的出現，人們才得以一窺原子的面貌。

我們能否洞察原子核的核心？答案顯然是不能。

盡管電子與核子間距離遙遠，但因電子形成的電磁場屏障，光線往往無法穿透。光線要么被吸收，要么被屏蔽，故大部分光線無法穿越原子內部。

中子和中微子則不同，它們因無電荷，不會與原子內部的電磁場產生作用，故能穿過原子（盡管概率極低）。

原子核的表面，磁場強大無比，比方說鉍原子核的磁場強度，堪比中子星表面。只不過由于尺度微小，磁場僅對繞核電子產生作用。

那么，電子的真面目又是如何？

事實上，我們并不清楚電子的實際形態，因為無法直接觀察到。根據經典物理理論，電子被描繪為極小的球體，質量極輕，為9.11×10?31kg，在原子級別尺度內以接近光速運動。

然而，在如此微觀的尺度，經典理論無法解釋許多異常現象，此時便需引入量子力學來解釋。

量子力學認為，電子不是一個實體球體，而是一團概率云。一個電子可能在此時此地，也可能同時出現在彼時彼地。盡管這令人難以置信，但量子力學認為，電子云是原子核中質子通過強大電磁力形成的勢阱所束縛的區域，電子在此區域內以波粒二象性存在，其軌道是空間中拓展的量子波函數。

有意思的是，電子波函數有時會深入至原子核表面，意味著電子在某些時刻會“滲透”進原子核內部。這表明，電子與原子核之間的空間并非真正的“空無一物”，而是充滿了電子云。

同時，電子與原子核的質子或中子不斷發生相互作用，包括電磁作用和弱力作用。在量子場論中，電子與質子不斷交換光子，與中子則在弱相互作用下交換波色子。因此，我們也可以說，電子與原子核之間的空間被這些力所“填滿”。

那么，原子核周圍究竟有什么？

答案是電子。

在經典物理學看來，電子像小球一樣繞核旋轉，形成電磁場，排斥其他原子的電磁場，使原子間保持一定距離。量子物理學則認為，電子是既像粒子又像波的存在，它沒有固定的位置，而是一種概率云，圍繞著原子核，無處不在。

除電子之外呢？

其余的都是匆匆過客。無論是γ射線、部分X射線、中微子或極少數自由中子，它們不過是原子內部空間的短暫訪客。