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宇宙正在膨胀——这是科学家长期以来毫无疑问的事实。但在最小的层面上会发生什么呢？构成我们周围一切的原子是否会沿着外太空“拉伸”？

宇宙的膨胀：一个简短的教育计划

在深入原子世界之前，让我们记住我们对宇宙膨胀的了解。 1929年，埃德温·哈勃发现星系正在相互远离，而且距离越远，移动得越快。这一观察形成了宇宙膨胀理论的基础。

重要的是要理解：空间本身正在膨胀，而不是其中的物体。想象一下，您在气球上画点并开始给它充气。这些点会“分散”，尽管它们本身不会移动到任何地方。

原子结构：纳米太阳能系统

现在让我们看看原子的内部。它由原子核（质子和中子）和绕其运行的电子组成。你可以把它想象成一个微型太阳系，核心是太阳，电子是行星。

原子中有四种基本的自然力在起作用：

  • 强相互作用（质子和中子中存在夸克）；
  • 弱相互作用（导致某些类型的放射性衰变）；
  • 电磁相互作用（使电子围绕原子核）；
  • 引力相互作用（在原子水平上最弱）。

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那么原子会膨胀吗？

简短的回答是否定的，原子并没有随着宇宙一起膨胀。原因如下：

  • 力的规模：原子内作用的力（尤其是电磁力）比宇宙在如此短的距离内膨胀的影响要强大得多。
  • 局部内聚力：原子、分子，甚至像行星和恒星这样的大物体都通过“击败”宇宙膨胀的局部力结合在一起。
  • 量子性质：在原子水平上，量子力学定律起作用，决定了电子的离散能态。这些状态不依赖于宇宙的膨胀。

那么扩张发生在哪里呢？

宇宙的膨胀是在巨大的尺度上观察到的——在星系团和超星系团之间。在这些距离处，重力不再能抵抗空间的膨胀。文章详细讨论了这一点：如果宇宙正在膨胀，那么为什么星系会发生碰撞？

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结论

尽管宇宙在膨胀，但原子保持不变。这表明我们的世界的结构是多么令人惊奇：宇宙尺度上发生的事情可能根本不会影响微观世界。研究这些问题有助于我们更好地理解自然的基本规律和人类在宇宙中的地位。