1.8: 极小的宇宙
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前面的讨论可能给你留下了深刻的印象，那就是宇宙非常大，而且非常空虚。 平均而言，它的空度是我们银河系的10,000倍。 然而，正如我们所看到的，即使是银河系也基本上是空旷的空间。 我们呼吸的空气大约每立方厘米有\(10^{19}\)原子，我们通常将空气视为空白空间。 在银河系的星际气体中，每立方厘米中大约有一个原子。 星际空间的填充非常稀少，平均而言，要找到一个原子，我们必须在一立方米的空间中进行搜索。 宇宙的大部分都非常空虚；密集的地方，例如人体，极为罕见。
即使是我们最熟悉的固体也大多是空间。 如果我们能一块一块地拆开这样的固体，我们最终就会找到形成它的微小分子。 分子是任何物质都可以在保持其化学特性的同时分裂成的最小颗粒。 例如，水分子 (\(\ce{H2O}\)) 由结合在一起的两个氢原子和一个氧原子组成。
反过来，分子是由原子组成的，原子是元素中最小的粒子，仍然可以识别为该元素。 例如，金原子是尽可能小的金块。 自然界中存在近100种不同种类的原子（元素）。 其中大多数是罕见的，只有少数占我们接触的所有物品的99％以上。 表中列出了当今宇宙中最丰富的元素\(\PageIndex{1}\)；当涉及到元素时，可以将这张表视为宇宙中 “最重要的命中”。
| 元素 | 符号 | 每百万个氢原子中的原子数 |
|---|---|---|
| 氢气 | H | 1,000,000 |
| 氦气 | 他 | 80,000 |
| 碳 | C | 450 |
| 氮气 | N | 92 |
| 氧气 | O | 740 |
| 霓虹灯 | Ne | 130 |
| 镁 | 镁 | 40 |
| 硅 | Si | 37 |
| 硫 | S | 19 |
| 铁 | 铁 | 32 |
| 这个元素列表是按原子序数排列的，原子序数是每个原子核中的质子数。 | ||
所有原子都由一个中心带正电荷的原子核组成，周围环绕着带负电荷的电子。 每个原子中的大部分物质存在于原子核中，原子核由正质子和电中性中子组成，它们在一个非常小的空间中紧密结合在一起。 每个元素由其原子中的质子数定义。 因此，任何原子核中有6个质子的原子都称为碳，任何具有50个质子的原子都称为锡，任何具有70个质子的原子称为钇原子。 （有关元素列表，请参阅附录 K。）
原子核到其电子的距离通常是原子核本身大小的100,000倍。 这就是为什么我们说即使是固体物质也主要是空间的原因。 典型的原子比通往海王星的太阳系空得多。 （例如，从地球到太阳的距离只有太阳大小的100倍。） 这是原子不像微型太阳系的原因之一。
值得注意的是，物理学家发现，宇宙中发生的一切，从最小的原子核到最大的星系超级团，都只能通过四种力的作用来解释：重力、电磁学（结合了电和磁的作用）和两种在核层面起作用的力量。 有四种力量（不是一百万或只有一种）这一事实多年来一直困扰着物理学家和天文学家，并促使人们寻求统一的自然景观。
Phet 模拟：建造原子
要逐个粒子构造一个原子，请查看这个构建原子的引导动画。