原子和原子之间有间隙吗（原子之间真的会相互接触吗）

原子和原子之间有间隙吗（原子之间真的会相互接触吗）整个化学领域可以被总结为，当原子极其接近，电磁上相互影响时发生所有有趣事情的研究。如果两个原子不反应，并且不形成共价键，离子键或氢键，那么它们的电磁相互作用通常以范德华力的形式出现。在范德华效应中，两个相互靠近的原子彼此产生电偶极矩，然后这些偶极通过静电吸引来微弱的相互吸引。如果两个原子分开一米远，它们就会通过四种基本力相互接触。然而，对于典型的原子，电磁力往往会支配其他的力。这个接触会导致什么？如果两个原子之间的距离太大，它们的相互作用相比周围的其他物体就太弱，什么也不会发生。当两个原子离得足够近时，这种相互作用会导致产生很多事情。（1）如果“接触”是指两个原子相互影响，那么原子总是会接触到。两个相距一千米的原子，它们的波函数仍然重叠。这时，一个原子的波函数在它与另一个原子中心重叠的点上的振幅将会非常小，但不会是零。原则上，无论两个原子在宇宙中的哪个位置，它们都相互影响，因为它们向各个方

原子的尺寸很小，例如，氢原子的玻尔直径只有1纳米，或者10^-9米，那么，它们之间真的会相互接触吗？

这个问题的答案取决于对“接触”的理解。在原子层面上，接触有三种可能的含义：（1）两个物体相互影响（2）两个物体相互显著影响（3）两个物体位于完全相同的位置。注意，普通的接触概念（两个物体的固定边界存在于同一位置）在原子层面上是没有意义的，因为原子没有固定边界。原子不是真正的固体球体。它们是模糊的充满电子的量子概率云，电子扩散成波动的类云形状，也称作“轨道”。

就像天空中的一朵云，一个原子可以有一个形状和一个位置，但没有一个固定的边界。这是有可能的，因为原子有高密度区域和低密度区域。当我们说一个原子处于A点时，真正表达的意思是，原子概率云的高密度部分位于A点。

如果把一个电子放在一个盒子里（就像在量子点激光器中的那样），这个电子只有绝大部分在盒子里。电子波函数的一部分会从盒子内壁漏出，然后扩散到无限远处。这使得量子隧道效应成为可能，这种效应被用于扫描隧道显微镜。考虑到原子的非固体性质，让我们来看看接触的每一个可能含义。

（1）如果“接触”是指两个原子相互影响，那么原子总是会接触到。两个相距一千米的原子，它们的波函数仍然重叠。这时，一个原子的波函数在它与另一个原子中心重叠的点上的振幅将会非常小，但不会是零。原则上，无论两个原子在宇宙中的哪个位置，它们都相互影响，因为它们向各个方向伸延伸。

但实际上，如果两个原子之间的距离超过几纳米，它们对彼此的影响就会变得非常小，以至于被更近原子的影响所掩盖。因此，尽管两个相距一千米的原子严格来说可能是在接触（如果我们将接触定义为原子波函数的重叠），但这种接触通常是极其微不足道的，可以被忽略。

这种“接触”指的是什么？在物质世界中，物体相互影响的基本方式只有四种：通过电磁力，强核力，弱核力，以及万有引力。组成原子核的中子和质子相互束缚，并通过这两个核力进行反应。组成原子其余部分的电子被电磁力束缚在原子核上。原子被束缚在分子中，分子又被电磁力束缚在日常物体中。最后，行星（以及其他大型天体）和其表面的宏观物体被引力束缚在一起。

如果两个原子分开一米远，它们就会通过四种基本力相互接触。然而，对于典型的原子，电磁力往往会支配其他的力。这个接触会导致什么？如果两个原子之间的距离太大，它们的相互作用相比周围的其他物体就太弱，什么也不会发生。当两个原子离得足够近时，这种相互作用会导致产生很多事情。

整个化学领域可以被总结为，当原子极其接近，电磁上相互影响时发生所有有趣事情的研究。如果两个原子不反应，并且不形成共价键，离子键或氢键，那么它们的电磁相互作用通常以范德华力的形式出现。在范德华效应中，两个相互靠近的原子彼此产生电偶极矩，然后这些偶极通过静电吸引来微弱的相互吸引。

虽然 “行星上所有原子总是接触行星上所有其他原子”的这种说法是完全正确的，但它并不是很有帮助。相反，我们可以任意定义一个包含大部分原子的有效界限，然后说，任何超出了这个范围的原子部分，都是不值得注意的。这也就把我们带到了下一个接触的定义。

（2）如果“接触”是指两个原子相互显著影响，那么原子确实会接触，但只有当它们离得足够近的时候才行。问题是，怎样造成“显著”还有待解释。例如，我们可以把一个原子的外部边界定义为包含95%电子质量的数学表面。在这一点上，显而易见的是，一个包含百分之百的原子的周界会比地球大。这个数学表面中包含了95%原子的电子概率密度，我们可以说原子在其95%的区域开始重叠之前不会接触到其他原子。

另一种指定原子有效边缘的方法是认为它存在于两个共价键合的原子中间。举个例子，共价结合形成一个H2分子的两个氢原子，它们的中心分离50微微米。这种分离可以被认为是“接触”。在这种方法中，当原子足够接近可以形成化学键时，我们说原子在接触。

​（3）如果“接触”指的是两个原子处于同一个位置，那么两个原子就不会在室温下接触，这是因为泡利不相容原理。泡利不相容原理使我们体内所有的原子免于坍缩成一个点。有趣的是，在非常低的温度下，某些原子可以被诱导到完全相同的位置。这个结果就是玻色-爱因斯坦凝聚态。

普通的接触概念对于原子来说是没有意义的，原因很简单，因为它们没有固定的界限。但是在原子层面上，“接触”一词的任何其他概念都有意义，原子肯定会接触到。