如果將原子比作體育場，原子核與電子的位置

當我們將一個原子放大到體育場的大小，電子會處在看臺的位置，這時候原子核在哪裡？圖片中黃色箭頭指向草坪，原子核有草坪那麼大嗎？並不是，原子核太小了，在體育場裡它只有綠豆那麼大，所以我們沒辦法在圖中把它標出來。我們能在看臺上找到電子嗎？很難，電子比座椅上的灰塵還小！

奇怪的原子

我們在上初中的時候，學到的原子模型其實和真實的原子模型是有出入的。具體來說是這樣的，我們在上學的時候，看到的原子模型的圖大概是下面這個樣子。

當然，還有其他的版本，比如下面這張這樣的。

而實際上，真實的原子模型更類似於下面這樣。

這兩張圖其實都出現在物理學史上，第一張是盧瑟福提出來的原子模型，第二張是波爾提出來的原子模型。但僅僅是很像，實際上有一種很大的差距，那就是原子核和電子的大小。

事實上，原子內部99.99%以上都是空的，它是名副其實的空心。（不過，還是要補充一點，可能很多人認為原子是有個外殼包裹住的，實際上並不是，它不是球形的，也沒有外殼。）

可能你要說了，憑什麼我們可以確定原子核和電子只有那麼小？

這其實是來自於盧瑟福的一個實驗，在這個實驗中，盧瑟福利用α粒子去轟擊金箔。結果，只有極其少量的α粒子發生了反彈或者角度偏折，絕大部分的α粒子都直接傳過去。

這個實驗只要大量做，我們就能大概確定原子核的大小。其實你可以想象一下，在桌上畫個大圈，裡面再畫一個小圈，如果你想知道兩者的面積比，只需要抓一把米粒，然後隨機的往上撒，多做許多次，然後數一數每次掉進小圈的米粒數，而撒的米粒總數。兩者的比值其實就是兩者面積的比值。所以，盧瑟福的這個實驗是可以驗證得到原子核相對於原子的大小的。

那可能你要問了，為什麼原子會是幾乎“空心”？

當然，其實更絕的問題應該是，明明原子都是空心，為什麼我們可以坐在椅子上，而不是掉下去？從微觀上看，這問題其實是：是什麼使得“空心”又沒有“外殼”的原子不會彼此穿透？

其實在科學界，有很多理論，但還有一些被我們稱為公理。公理和理論的不同之處就在於，公理是最底層的邏輯，也就是沒辦法再往下問為什麼的結論。

而原子模型為什麼是這樣，也是這個道理。事實上，上世紀，科學家利用各種辦法去獲取微觀世界的物理學現象，就是得到了這樣的一個現象，就如同上文我們說到的盧瑟福的實驗，實驗得到的結果就是這樣，我們只能被動接受。而客觀存在的原子模型就是空心，那你要問為什麼是空心的，我們最直白的回答其實就是實驗得到的結果就是這樣。所以，與其問為什麼原子是空心的，倒不如問為什麼原子不會彼此穿透？這其實也是你為什麼此刻可以拿著手機，可以坐在椅子上而不會掉下去的原因。

上世紀，科學家發現，宇宙中存在著四種作用力，分別是強相互作用，弱相互作用，電磁力和引力。其中強相互作用和弱相互作用確保了原子核結構的存在，所以我們有時候也管它們叫做強核力和弱核力。引力也比較好理解，就是物體之間的吸引力，目前主流的科學看法是愛因斯坦的廣義相對論，他認為這種力實際上是時空彎曲造成的。在我們日常生活中，除了引力之外，剩餘的作用其實都是電磁力，常見的摩擦力或者支援力其實都屬於電磁力。

原子和原子之間不會彼此穿透的根本原因其實也是來自於電磁力。我們要知道的是原子核外都是有電子的，它們會確保原子之間不會彼此穿透，這裡其實還涉及到泡利不相容原理，意思是說，原子核外的電子需要按照座次好好排隊（這裡其實指的是狀態），而不能亂來，所以，這無形中也形成了一種類似於“力”的作用的量子效應。

除了泡利不相容原理，這裡還涉及到了能量最低原理的問題，其實不知道你有木有想過，電子為什麼不會進入到原子核內？

這是因為，電子如果進入到原子核，就會和原子核內的質子發生反應生成中子，中子的能量其實是大於電子+質子的，我們要知道能量只能自發地從高先低流動的，而不能自發地從低到高。而電子和質子反應生成中子的過程是從低到高，所以需要能量輸入，而不能自發進行。基於這幾點原因，所以，原子沒有辦法彼此穿透。