原子内部99.99%都是空的，那么为什么多数物体都不透明？

原子空是基于粒子模型的结论，以波或者能量的角度来看，原子并不空。透明也是一个相对概念，重点是物质能透过哪种频率的电磁波。

如何理解原子的空？

第一个发现原子很空的人叫卢瑟福。1911年，他做了一个“α粒子散射实验”，就是用α射线轰击一片薄金箔。他发现大多数α粒子都能直接穿透金箔，但少数α粒子会发生较大的散射，大约1/8000的α粒子偏转角大于90°，甚至有达到150°的大角散射。

由此，卢瑟福发现了原子很空，且拥有一个核心。根据大角散射的数据，卢瑟福得到了原子核的半径上限为10^-14立方米，于是提出了我们小学课本中的原子行星模型。

然后卢瑟福乐此不疲地继续玩着轰击原子核的实验，8年后，卢瑟福在轰击氮核的过程中，有幸打出了一种更小的粒子，并测定了它的电荷与质量，这就是质子。

这大概就是我们现在对原子基础认知的由来，但原子到底有多空？

以一个最简单的氢原子为例，如果把原子核放大到1米，那原子核与电子之间的距离可达100公里。这确实是相当空旷。如果这样两个原子相撞，你完全可以认为它们会相互穿过彼此。然而这明显与事实不符。

原子很空，但物质为何很实在？

如果以经典物理学理论来回答这个问题，可以说是无解的，但量子力学成功的解释了这一切。

第一个回答这个问题的人是玻尔，他也算卢瑟福的学生，继承并发展了卢瑟福的原子模型，提出了“能级”概念，即电子有固定的轨道，电子在不同的能级轨道之间不连续的跃迁。也就是说，电子只能在固定的轨道上奔跑，加大了两个原子的核外电子碰撞的几率，但这还远远不够。

第二个推进问题解决的人是海森堡。海森堡读博士的时候研究的是湍流问题，就像平时看到河水的那种混乱流动现象。面对这种混乱，海森堡有一种天生的物理直觉，他虽然搞不懂中间过程，却敢直接跳过过程得出最终答案。后来居然还被一些数学家证明是正确的。

于是，海森堡宣称电子不只具有能级，还会同时出现在自身能级上的每一个位置，也就是说它无处不在，即“不确定原理”。这就是我们现在的“电子云”概念。但软绵绵的“云”似乎也很难让物质实在起来。

接下来就该第三个人上场了，天才泡利。21岁就搞懂了当时没多少人能弄懂的相对论，喜欢与小姐姐们跳舞。别人跳舞都忙着打望，泡利跳舞却发现了量子力学的“不相容原理”。电子就像小姐姐一样和男生跳舞时，是不允许其他小姐姐插进来的，一个男生只能和一个小姐姐跳舞，一个氢原子核也只能和一个电子配对。所以一片“电子云”里只允许一个电子存在，不允许第二个电子的存在。这样软绵绵的“云”就瞬间变得坚硬了。这样两个原子就势必保持一定的距离，我们也不用担心水杯会从桌子上突然掉下去了。

也就是说，能级让电子有了岗位，不确定让电子无处不在，而不相容让电子变得刚强，综合在一起，才有了我们可触碰的物质实在性。

如何从微观层面理解透明？

上面我们说了电子在固定能级上运动，不同的原子不同的电子层有不同的能级，不同的能级代表不一样的能量，当照射它们的光的能量与之匹配，就会被电子吸收，这样的物体就不透明；当光的能量与之不匹配，光就会穿透原子，这样的物体就透明了。

至于什么叫匹配，什么叫不匹配，这得量子力学说了算，就不展开了。

光的能量由频率决定，频率越高能量越高，频率越低能量越低。而我们通常说的“透明”只是针对可见光频率。我们说玻璃透明，实际上玻璃只是对可见光（波长在400～760nm之间）透明，对红外线它就不透明。人体看似不透明，但对短波的X光就是透明的。所以透明只是一个相对概念。

大多数金属都不透明，且还有所谓的金属光泽。因为金属原子除了自身的结构电子，还有很多到处乱跑的自由电子，这也是它们导电的原因。这些自由电子就像一片电子海洋（plasma），可以有效的反射光。

总之，物体透不透明是电子与光之间的反应造成的，受量子力学限制，与原子空不空没多大关系。而光与所有物质相互作用，要么被反射，要么被吸收，要么穿透，各占一定的比率。

总结

你可以说，是量子力学给了宏观物质的实在性，给了我们五彩缤纷的世界。

深入探究世界的微观领域，你会发现没有量子的不确定性，很难有宏观世界的确定性。

一颗粒子状的电子每时每刻出现在一片云朵里的任何位置，确实让人难以理解，但如果你把这个电子想象成为一种波，或许就好理解一些，这也是我们常说的“波粒二象性”，虽然这也肯定不是物质的本质，不过目前我们只能这样描述。

本文由奇点天文作者上传并发布，奇点天文仅提供文章投稿展示，文章仅代表作者个人观点，不代表奇点天文立场。