物质到底为什么会有体积,而且需要占据空间呢?

如题所述

第1个回答  2020-10-03

我们日常生活中所认识和看到的所有物体都有体积,自然需要占据空间,这对我们来说真的不容易注意到,而且两个物体不可能同时占据同一个空间。问这个问题的另一种方法是:为什么不能同时在“同一”位置出现多个对象?

不仅仅是我们的宏观世界。在微观世界里,我们不能把任何数量的粒子放在有限的空间里。但是没有特殊的粒子,例如:我们可以将光子无限压缩到任何小空间。宇宙中第二、第三和第四基本粒子也是如此:希格斯玻色子、Z玻色子,甚至w玻色子,只要你能克服这些粒子的电荷排斥。

那么,为什么构成宇宙中所有正常物质的质子、中子和电子如此有限呢?这就是泡利不相容原理。泡利原理告诉我们,我们不能把两个完全相同的费米子放在同一个量子态。如果我把温度降低到绝对零度或者用任何大的力压缩玻色子,我就可以把任意数量的玻色子压缩到任何小空间中。

白矮星和中子星

白矮星是由普通原子组成的。和我们一样,白矮星有太阳的质量,但有我们地球的大小。但是白矮星的密度大约是地球的30万倍!但是,尽管强大的引力压缩了白矮星,但原子仍然拒绝屈服。这是什么原因呢?

因为虽然恒星内部深处存在着巨大的压力,但由于泡利不相容原理,一个原子的电子不愿意让其他电子靠近它,所以抵抗压缩的压力叫做电子简并压力,但还有更极端的情况。在中子星更大的压力下,电子宁愿与质子结合产生中子和中微子,一路坍塌成中子星。它不会让其他电子进入同一量子态,因为它违反了泡利定律。

但是中子是费米子,所以即使是由中子组成的恒星也不会无限坍缩。中子星是宇宙中密度最高的天体,它们仍然是由物质构成的,所以说它们仍然占据空间。所以我们要穿过墙,和墙占据同样的空间,这就得先问问我们体内的电子是否同意,它宁愿钻入质子也不愿在墙上碰到电子。

另一方面,暗物质可以是玻色子或费米子(轻子)。我们不知道暗物质是什么,但是玻色子更有可能有足够的质量而不占据空间!

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