為何物質存在盡頭,不能無限細分?比夸克小10億億倍,不能再小了

莊子曾經說過: 一尺之捶,日取其半,萬世不竭

意思就是說一尺長的棍棒,每天截取一半,這樣一來永遠都截不完。這是最樸素的物質可無限細分的觀念。

這種觀念甚至是先天,只要是人類,甚至沒有受過教育,都會有這樣觀念。

但是隨著物理學的發展,這樣的觀點早已經被否定。

物質是存在最小尺度的,分到一定程度就不能再分了。

到目前為止,物質有兩個最小的尺度。第一個是現實的最小尺度,也就是量子力學目前研究到最小的物質級別,也就是夸克。

按照粒子物理學的推測:夸克的尺度不會超過 10的負18次方米。那就是說夸克至少比100億億分之一米還要小。

但是這只是現實物質的最小尺度。

而理論上物質最小的尺度是普朗克長度,也就是10的負35次方米。普朗克長度和夸克的尺度相差17個數量級。而人類現實世界和夸克之間的尺度也相差了大概17個數量級。

這到底是巧合還是自然界的有意為之?

可能大家對17個數量級的差別沒有什麼概念。

我們人類生活的現實世界剛好是1米的量級。生活中大部分的物品都是在米級別的。

而比1米高出17個數量級,也就是十光年的長度。

太陽系的直徑剛好是2光年。也就是說比人類生活的尺度高出17個數量級就是5個太陽系的大小。

所以從人體到夸克就相當從5個太陽系的大小到人體的跨度。

事實上,從夸克到普朗克長度之間也相差了五個太陽系到人體的跨度。

如此巨大的跨度,不得不讓人疑問:夸克之下是不是也存在著一個宇宙。

這個宇宙的數量級跨度足夠大,大到足以容納太多尺度的物質。

如果要研究這個問題,就得切開夸克看一下。而切開夸克就需要動用高能粒子對撞機,將粒子加速到光速的99.99%然后再對撞夸克。

但是很可惜,到目前為止,人類怎麼對撞夸克都撞不開。

為什麼夸克撞不開呢?

因為夸克不能單獨存在,更何談撞開單獨的夸克。

夸克一般都是三個組成一個整體,形成質子或者中子。夸克之間的作用依靠的是強力,膠子是負責強力傳遞的粒子。膠子一直在夸克之間游蕩,負責將夸克拉攏在一起。

強力的性質和電磁力和引力完全相反。

我們知道,電磁力和引力的大小與距離的平方呈反比,距離越遠,力的大小越小。

而夸克之間的強力卻是反其道而行之。

夸克之間的距離稍微拉遠一點,強力的大小就呈幾何倍增加,這就是夸克禁閉。

所以這時候要再想拉開夸克,就需要比幾何倍更多的能量投入。

所以當我們撞擊夸克時,試圖將夸克分開時,夸克之間的強力增加的程度永遠超過外界攝入的能量。

這就是一個悖論,就相當你吃飯,不吃飯還好,一旦吃飯,就越餓,變餓的速度永遠比你吃飯的速度更快。所以你越吃會越餓,永遠吃不飽。

如今很多科學家已經對撞開夸克不抱希望了,因為夸克如今已經被標準模型列入到基本粒子中了。

基本粒子的概念就是不可以再細分的粒子了,是最小的物質了。物質不斷細分,到這里也就結束了。

但是很多科學家并不相信這一點。畢竟夸克不可再分只是如今標準模型的妥協而已。

而如今的標準模型并不完善,還有很多漏洞。

在理論上,科學家已經推斷出:物質理論上的最小尺度就是普朗克長度。

這并不是說普朗克長度之下并不存在,而是普朗克長度之下發生的任何物理現象都不會影響到現實世界。

也就是說世界被分成普朗克之上的物理世界和普朗克長度之下的世界。兩個世界的物理規律不發生任何作用。普朗克長度之下或許沒有引力,弱力和電磁力。

按照普朗克長度的描述,我們的現實世界最小尺度就是一個普朗克長度,所以我們有理由相信,或許存在著一個剛好是一個普朗克長度的物質,這一物質才是物質的最小尺度。由它才構成了世界萬物的各種粒子,然后再構成原子,原子又構成了巨觀世界。

那這個剛好是一個普朗克長度的物質到底是什麼?

弦理論告訴我們,一個普朗克長度剛好就是一條弦,弦比夸克小了10億億倍。

由弦的不同振動才演變出不同的基本粒子,這就是弦理論的基礎概念。遺憾的是:目前弦理論沒有任何實驗證據!

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