原子究竟是什么模样？
乍看之下，这似乎是个简单得有些幼稚的问题。
毕竟，只要提及原子，多数人都能说出它由原子核与核外电子构成，电子就像行星环绕恒星般，围绕着原子核高速旋转，脑海中或许还会浮现出常见的原子结构示意图。
也有人会指出，那种简单的原子图示并不准确，原子核外围的电子有着不同轨道，是分层级分布的，就像镭原子的结构示意图所展示的那般。
但这样的描绘就完全正确吗？
从常识角度而言，原子在我们的认知里确实是这般模样，而且全世界的中学教科书也皆是如此传授原子的构成原理。
然而，现实中的原子世界远比我们想象的更为神奇和复杂。
原子本身极其微小，在一个原子内部，原子核与电子更是小到超乎想象，几乎难以捕捉其踪影。
为了更形象地理解这种微小尺度，我们常以体育场作类比：倘若将一个氢原子放大到大型体育场那般大小，原子核仅仅相当于场中央的一颗绿豆，而电子呢？它或许只是体育场最边缘看台座椅上的一粒微尘。
如此看来，原子内部仿佛极为 “空旷”。那么，在原子核与电子之间这片看似 “巨大” 的空间里，究竟存在着什么？是一片虚无的 “真空”，还是隐匿着某些神秘物质？
要解开这些谜团，我们还得从原子的本质说起。
原子，作为构成世间万物的基本粒子，其尺寸之小令人惊叹，大约仅有 1 纳米的十分之一，换算过来，差不多是一百万分之一毫米。
由于原子的尺寸远远小于可见光的波长，这就意味着我们无法借助任何一台光学显微镜直接观察到它的真容。直至扫描隧道电子显微镜问世，人类才得以通过间接方式 “窥探” 单个原子表面的状况。
但即便如此，我们能够看到原子中间的原子核吗？
答案是否定的。
尽管原子核与核外电子之间仿佛 “相隔甚远”，且光子比电子还要微小（甚至光子本身没有体积概念），可光子依然难以穿越电子构建的屏障。
这是因为光子通常表现为电磁波，它要么被电子吸收，要么被电子形成的电磁场阻挡，所以绝大多数光子都无法顺利穿透原子。不过，中子与中微子却能够穿过原子（尽管撞入原子核的概率极小），这是因为它们属于中性电荷的亚原子粒子，不会与原子内部的电磁场产生相互作用。
在原子核的表面，存在着极为强大的磁场，以元素铋为例，其原子核表面的磁场强度，竟然与中子星表面相当，只不过它的尺度极其微小，这一磁场主要对围绕原子核运动的电子发挥作用。
那么，电子又是什么样子的呢？遗憾的是，没有人确切知晓电子的实际形状，因为我们根本无法直接观测到它。
在传统物理理论中，电子被视为一个极为微小的球体，质量极轻，仅为 9.11×10⁻³¹kg，它在原子这般微观至极的尺度空间里，以近乎光速的速度飞驰。然而，在原子如此微小的尺度范畴内，经典物理理论遭遇了诸多困境，许多奇特现象难以解释，此时，我们就需要借助量子力学这一强大工具。
量子物理学认为，电子并非传统意义上的球体，而是呈现为一团 “云”。
在原子的轨道中，一个电子仿佛拥有 “分身术”，可以同时出现在不同位置。尽管这一观点与我们日常的直观认知相悖，显得极为荒诞，但这恰恰是量子力学对电子云的诠释：原子核中的质子凭借其强大的电磁力，构建出一个静电场势阱，电子就被束缚在这个势阱之中，而电子云便是其中的一个特定区域。
由于电子具有波粒二象性，在这个区域内，它化作不断变化的三维驻波，电子的轨道实际上就是在空间中扩展的量化波函数。
值得注意的是，围绕在原子核周围 s 轨道中的电子，其波函数实际上会一直延伸至原子核表面，这意味着在某些特殊时刻，电子会 “闯入” 原子核内部。
从这个独特视角来看，电子与原子核之间的空间并非真正意义上的 “空无一物”，而是被电子所 “占据”。与此同时，电子与原子核中的质子或中子之间，存在着持续不断的相互作用，其中涵盖电磁作用以及弱力作用。
依据量子场理论，电子在电磁作用下，会与质子持续交换光子；在弱力作用的情境中，又会与中子不断交换波色子。
所以，从这个层面来讲，电子与原子核之间的空间，实际上被这些相互作用力所 “填满”。
现在，让我们重新回到本文开篇所关注的核心问题：原子核的周围究竟存在着什么？
首先，必然有电子的身影。
在经典物理学的视野里，电子被看作粒子，围绕着原子核周而复始地运行，电子的这种运动产生了电磁场，该电磁场会对其他原子表面的电磁场产生排斥作用，从而使原子之间得以保持一定距离，基于此，我们可以认为在原子核与电子之间是一片真正的 “空白” 区域。
但从量子物理的全新视角出发，电子既是量子粒子，又具备波的特性，它没有固定不变的位置，其所有的存在形式，实际上是粒子在任意给定时间所处位置概率的集合，这些概率分布在原子核周围，形成了独特的 “云” 状结构，近至原子核自身，远至甚至可以延伸到银河系的另一端。
电子云宛如一层 “坚韧” 的概率云，将原子核紧紧包裹，如此一来，原子核周围便不存在所谓的 “空白” 了。
那么，除了电子之外，原子核周围还有其他物质吗？
实际上，除电子以外，其余的大多都是 “匆匆过客”。
无论是 γ 射线光子、部分 X 射线光子，还是中微子，乃至极少数自由中子，它们在原子内部空间只是短暂停留，一闪而过，并不会长时间驻留在这个微观世界里。
