3.2氢原子上

在这里可以看到一个非常美丽的池塘，池塘上有一片很漂亮的叶子，它滴下来一滴水

我们来看一下水的结构

我国古人曾说：一尺之锤，日取其半，万世不竭

我国古人的观点，认为这个世界是无限可分的，但现今物理学的观点是怎样的呢？

比方说拿这一滴水来看，它是H2O

如果盯着其中的氧来看，它会包含原子核外的电子和原子核所构成。

其中带正电的原子核，由质子和中子所构成

并且我们清楚，质子和中子它并非是基本粒子，它是由夸克构成。

所以按照现今这样一个，粒子物理学的观点，已经有了三代的学说认为我们物质世界是由夸克、中微子、电子和介子所构成。

它们都是费米子

除了组成物质世界的粒子之外，还会存在有一些传播相互作用的一些粒子。

这些粒子的自旋都为整数，为玻色子。

有跟电磁相互作用所对应的光子

有跟强相互作用相对应的胶子

有跟弱相互作用的W、Z玻色子

以传播引力相互作用的引力子

我们现在比较公认的观点认为，电子和夸克是基本粒子

通过碰撞实验，人们认为电子，夸克的大小到10的负18次方米的时候，仍然是可以把它作为粒子来看。

所以说它是最小的实体粒子，在这里以电子作为例子来看。

在这幅表当中给出电子质量，9.1乘10的负28次方克，也就约等于10的负27次方克，对应的静止质能是0.511兆电子伏特。

电子伏特是一个能量的单位，电子它是带电荷的，这个电荷也是一个最小的电荷的基本单位，可以用库仑单位制来表征。

还可以用另外一种叫电子静电单位来表征

如果我们认为两个电荷它所带的电量都为一个静电单位，当这两个电荷，相距为1厘米的时候，它所受到的力就是1达因的大小。

这是在cgs下引用的这样一种单位

所以库仑的表达就可以写成这样一个，带电荷的乘积除以距离的平方。

有了电子的质量和电荷之后，我们可以来定义两个长度，其中一个长度叫电子的经典半径，它表征当电子的静止的质能和电子的库仑能相当的时候的半径。

这个半径差不多是10的负13次方厘米

那么这个半径在我们研究核物理的时候，研究一些散射截面的时候，一个典型的半径，当然我们还可以给出电子的康普顿波长。

在这基本粒子再往上走，我们就到了核子的尺度。

在这里是以质子作为例子，差不多10的负15次方米的大小，这个大小叫做一个费米，也叫做千万亿分之一米，是1.67乘10的负24次方，对应的静止的质能差不多一个GeV左右，是电子的2000倍 它带正电。

由质子的质量还可以，给出质子康普顿波长的大小，这个大小等于10的负13次方厘米，也就是我们刚刚所对应的一个费米的大小。

这个大小通常会用来表达强相互作用力程它的作用的范围，比方说我们通常认为核子有多大呢？

可能就是一个费米的大小

对于某些原子核它所带的质子和中子的数量会比较多，再乘以它的核子数（的1/3次方）就可以得到跟它内部存在有一种平衡。

需要用到量子色动力学的知识，需要用到核力模型来求解，在这里不涉及。

往更大的尺度来走，就进入到原子的尺度。

对于原子的尺度，我们会以氢原子作为例子来看。

氢原子大小有多大呢？

10的负10次方米，也是通常所讲1埃大小和它的一个基本的能量。

我们会用Bohr轨道半径和Rydberg能量来表征Bohr轨道半径

Rydberg能量对应的就是13.6电子伏特的能量这样一个半径的大小，以及所有原子尺度的大小

当然在这里我们也可以很自然来看看这个尺度，我们通常氢原子的大小就是，用它的这样一个Boh轨道半径来表征，10的负10次方米。

那么对于我们刚刚所讲的这样一个氢原子的尺度和能量的表达式

这种形式在这里可以问大家，它是基于何种单位制所给出的呢？

如果把它恢复到国际单位制，它的形式上又该如何来改写呢？

如果有些同学将来学原子物理或者会学量子力学，我们通常会引入一个常数，由电子所带的电荷planck常数和光速所构成。

这实际上是精细结构常数，引入这样一个精细结构常数之后，Bohr的轨道半径，还有Rydberg能量

的形式又可以如何来进行改写呢？

这是留给大家思考的问题

当然，为了研究的方便，人们还人为引入了一个，叫做引力精细结构常数的量。

它是用万有引力常数乘以质子的质量的平方，再除以约化的planck常数，乘以光速。

这个量非常的小，只有10的负39次方，我们有了这样一个氢原子的，尺度的大小。

我们接下来可以做一件事情，可以来简单地估算氢原子它的平均质量密度的大小。

我们可以来估算，原子核平均密度的大小，通过简单的计算就可以给出，氢原子的平均密度是1.4克每立方厘米。

这个密度非常的特殊，跟太阳的密度正好相当。

我们自然界当中，所熟悉的这样一些宏观的物体以及到陨石，到行星，非常的接近我们生活在一个由原子所构成的物质世界里面。

另外一个密度是原子核的平均质量密度，它的质量密度可以达到10的14次方克每立方厘米，密度非常的高。

所以我们可以把这样一个平均密度的线，画到双对数的图中。

就是图当中，红线代表的就是原子核的质量密度线。

蓝线所对应的就是这样一个氢原子的，质量密度的线