不知道大家有沒有捏過雞蛋，雞蛋雖然掉在地上很容易碎，但是徒手想要捏碎它卻是一件不容易的事。當受力均勻時，雞蛋殼可以承受幾十公斤以上的力量，這得益于雞蛋殼的特殊形狀。只有當受力不均勻時，人類才能徒手將雞蛋捏爆。

腦洞時間到！雞蛋是由原子構成的，那有沒有什么方法可以將一個原子夾住，并將之捏碎呢？如果可以捏碎，又需要多大的力量？

知己知彼，百戰不殆。想要捏碎原子，就要先了解它的性質。下面就跟隨我一起進入奇妙的原子世界。

原子世界之旅

天上飄的白云，地下跑的馬兒，都是由原子構成的。原子這個概念很早就出現了，古希臘哲學家德莫克利特最早提出了古代原子論，他認為萬物都是被稱之為原子的微粒組成的。17世紀，經過眾多化學家的不斷實驗，人們正式確認了原子的存在，道爾頓從科學角度正式提出了原子理論，不過那時認為原子已不可再分。

原子能不能捏碎呢？當然能，因為原子也是由更基本的粒子構成的。原子是由原子核和核外電子構成的，原子核又是由質子和中子構成的。

人類對原子內部結構的探索耗費了數十年的時間。1897年湯姆遜發現了電子，1912年盧瑟福發現了原子核，并在1918年發現了質子，由于中子不帶電，到了1932年才由盧瑟福的學生查德威克發現。

這些大大小小的粒子是怎么結合到一起并構成原子的呢？同種電荷相斥，異種電荷相吸。而質子帶正電，中子不帶電，電子帶負電，要想結合在一起，質子就必須要克服庫倫斥力。其實在自然界中有4種基本力，質子、中子是靠強核力結合在一起的。強核力的作用范圍很有限，僅限于原子核內，但作用效果卻比電磁力大170多倍。電子則是靠電磁力與原子核結合到一起的。此外，原子與原子之間又靠電磁力結合成為分子，并構成世間萬物。

既然原子是由一定數量的質子、中子和電子通過強核力與電磁力結合在一起的，那么想要將其捏碎，就必須要施加比這更大的力量。

如何操縱一個原子？

想要捏碎一個原子，得先控制住它，防止它溜走，形象點說就是得把它緊緊地攥在手里。

可是原子很小，究竟有多小呢？原子與黃豆的大小之比就如同黃豆與地球的大小之比。原子的平均直徑大約在10^-10米這個數量級，也就是0.1納米的級別左右，比如氫原子的直徑大約為0.07納米。咱們從數量上來說明，以7納米工藝制成的指甲蓋大小（一平方厘米左右）般的麒麟980芯片就包含了69億個晶體管。

原子核就更小了，直徑在10^-15~10^-14米這個數量級，體積僅為原子體積的千億分之一，但質量卻占了99.9%以上。形象點來說，如果原子相當于一個足球場，那么原子核就相當于足球場中的一粒米。

原子雖小，卻并沒有難倒科學家。目前科學家們已經能夠在實驗室中操縱單個原子了，這主要得益于掃描隧道顯微鏡（SEM）這個工具的發明。利用掃描隧道顯微鏡不僅能夠觀察單個原子，在超低溫狀態下還能夠利用探針對單個原子進行精確操縱。這對人類研究納米科技具有重要作用。

（如圖所示，利用SEM對納米尺度下的原子進行操縱）

此外，科學家還發明了光鑷技術，利用激光形成光阱，可以操縱和捕獲納米至微米級別的粒子，那么拿下原子也不在話下。

原子那么小，用手肯定是拿不住的，利用以上方法可以夾住原子，但并不能捏碎原子。

捏碎一個原子需要消耗多大能量？

捏碎是一個很模糊的概念，究竟是碎成兩半，還是將原子分裂成一個個微小的粒子？我們這里按后者算。

原子的質量99%以上都集中在原子核，原子核是維持原子穩定的根本，我們只需要將原子核捏碎，整個原子就解體了。

想要捏碎原子核，得考慮核外電子的情況。核外電子雖是按不同能級分層排列，但不像行星繞恒星那樣運轉，電子的行蹤飄忽不定，我們用電子云模型來描述這樣的場景。電子雖受電磁力的吸引，但通常并不會掉進原子核，只有在極強的壓力作用下，當電子簡并壓（由泡利不相容原理形成的抵抗力）被擊穿時才會使核外電子掉進原子核，并與核內質子形成中子，中子星就是這樣誕生的。按照理論，需要1.44倍以上的太陽質量所形成的引力才能將電子簡并壓擊穿。其實我們并不需要將電子壓進原子核，只需要讓原子失去所有電子，然后再捏碎原子核就行了。

（上圖為原子結構的電子云模型示意圖）

最簡單的原子當屬氫原子，氫原子由一個質子和一個電子構成，捏碎它是小菜一碟，只需要讓氫原子失去電子變成質子即可。氫原子的電離能（讓原子失去電子所需要的能量）為13.6eV。這似乎有點糊弄人，我們還是以鐵原子為例吧，它更有代表性。

鐵（通常是指最穩定的同位素鐵56）是宇宙中最穩定的元素，通常鐵原子核由20個質子和30個中子組成，它既不容易發生裂變，也不容易發生聚變。為什么會這樣呢？因為鐵原子核的平均結合能為8.6MeV（兆電子伏特，1eV≈1.6x10^-19 J（焦耳）），是所有元素中最高的。

（如上圖所示，鐵56的平均結合能最高）

質子和中子靠強力結合在一起形成原子核，結合能就是它們結合到一起所需要的能量，同樣，分開它們也需要相同的能量。不同種類的原子由不同數量的質子和中子構成，因此將總結和能平均到每個核子上，就得到了原子核的平均結合能。平均結合能越大，原子核也就越穩定，越不容易被捏碎。

鐵56原子核的總結和能為481.6兆電子伏特，約等于7.71x10^-11焦耳，是氫原子電離能的3500多萬倍，理論上想要將一個鐵56原子核捏碎就需要這么多能量。至于鐵原子的電離能則可以忽略不計，那么捏碎一個鐵原子也僅多消耗一點能量。

沒錯，捏碎一個原子連一焦耳的能量都用不到。一焦耳能量有多大？根據定義，1J=1N·m，相當于用一牛頓（1千克的物體在地球表面所受到的重力大約為9.8牛頓）的力將一個物體沿力的方向移動一米所需要的能量。將一顆50克的雞蛋舉高2米，它的勢能就增加一焦耳。

結語

由此可見，捏碎一個原子很容易，消耗不了多少能量。由于原子實在太小了，怎樣穩穩的捏住一個原子才是問題的關鍵。

1918年，盧瑟福利用天然放射性元素所釋放的阿爾法粒子從氮核中轟擊出了質子，實現了第一次人工核反應。現在的大型強子對撞機可以產生TeV級別以上的能量（1T=10^12）。

那么還能不能捏得更碎一點呢？比如將質子和中子捏碎。雖然質子和中子都是由夸克構成的，但由于存在色禁閉現象，目前還沒有技術手段可以將其擊碎。至于電子、夸克等基本粒子還可不可以再分，目前還不知道。