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真实的宇宙,宇宙其实可以放到一颗原子里面?

2020-02-14

宇宙有多大?到目前为止,人类能力最强的望远镜连个边沿都还没看到!而这么大的无边无际的宇宙,竟然放到一个只能用电子显微镜才能看见的原子里面去,不是疯了么?

先不急,我们先了解一个前沿科学的理论,

那就是“宇宙大爆炸理论”。这个理论主要说的是,大概在130多亿年前,宇宙就是一个炽热的奇点,在某种条件下,这个奇点突然发生了爆炸,经过亿万年,便形成了我们目前所处于的宇宙。

这个所谓的炽热的奇点,有多大呢?这个奇点很小,小到目前我们最先进的显微镜都看不到,这个奇点应该是一个体积为零(或者无穷接近于零)的物质。在这个奇点里,物质密度、奇点温度、时空曲率都出现了无穷大,是一切时空的起点,这是1948年,一个叫做乔治•伽莫夫发表了一篇“大爆炸宇宙论”的文章里面说的。

且不说大爆炸理论是否正确,也不讨论宇宙是怎么起源的,我们讨论宇宙到底怎么能放到一个原子里面。

最疯狂的想法:把宇宙放到一颗原子里面?

世间万物,到底是什么构成的?2400多年前希腊哲学家德莫克利特就提出了物质是有很多小球组成的,他把这种小球叫做原子。这些原子通过不同的结构组合,就组成了世间万物,很神奇吧。

而随着科学的发展,到今天我们知道,原子还可以再分,分为原子核和电子。原子核又可以分为质子和中子,质子和中子有可以分为夸克或轻子,而目前出现了更小的费米子和玻色子,好像物质可以无穷分解下去。

最疯狂的想法:把宇宙放到一颗原子里面?

好吧,我们先不说物质到底能分解到什么程度。先说原子由原子核和电子组成,在这个原子的体积空间中,原子核的直径约在10^-15~10^-14m之间,约占整个原子空间的几千亿分之一;而电子就更小了,不到原子核体积的千分之一,可以忽略不计。除原子核和电子外,整个电子就是空间,没有任何其他东西。

随着我们将原子核切分为中子和质子,然后又分为夸克……最后分解为基本粒子。在量子场论里,一切基本粒子都是分布在全空间的场。“体积”这个概念不再适用于这些基本粒子,也就是说这些基本粒子是没有长度的,一切都是空间。这是才深刻的体会佛学的“色即是空,空即是色”的真谛。

好吧,我们还是看弦论里的描述,基本粒子们点粒子虽然变成了一维的弦,弦的长度小于普朗克长度(10的负35次方米),虽然这时候体积也极小,但好歹也有个数值。

原子的直径大概在10的负10次方米,假如所有的所有的基本粒子都以为普朗克长度为直径组成的球体。那么一个原子的体积约:V原子=(4/3)πr^3=4/3×3.14×10^-30=4.187×10^-30(m³);

基本粒子的体积约为:V粒子=(4/3)πr^3=4/3×3.14×10^-105=4.187×10^-105(m³)。

经过计算,原子体积约为基本粒子体积的10^75倍,也就是说,如果这些空间完全被占满,一个原子就可以装下10^75个基本粒子。这是一个怎样的数量级,可能数字上没有引起我们的震惊。那么我再来告诉你,目前已知宇宙的所有物质,其构成的所有原子,数量预计在10^74~10^84个。也就是说以目前理论所言的基本粒子直径而言,一个原子已经足以将宇宙中所有物质塞进去!

最疯狂的想法:把宇宙放到一颗原子里面?

一花一世界,一叶一菩提,大千婆娑世界,远非你我所知那么简单。

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