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万物的本质:一切都是虚空

每天,我们都在忙忙碌碌工作,我们吃饭,坐车上班,在办公室用电脑办公,下班回家坐沙发上看电视,晚上躺在床上惬意的睡个觉。

不同形状、不同颜色的事物

可你想过没有,这些我们平时工作和生活所依赖的事物,床、被子、桌子、食物……等等,这些不同材质、不同形状、不同功能、不同味道、不同触感、不同颜色的事物它们都是由什么构成的?甚至我们自身又由什么构成的?

事物的基本构成

元素周期表

一旦你开始思考这个问题,那么我们就会想起中学时学过的物理课本,所有的物体都是由原子构成的,在古希腊哲学家德谟克利特提出原子(英文“atom”)一词时,就隐含了“不可分割”的意思。

之后,科学家经过不懈努力发现了100多种不同类型的原子,后来,俄罗斯化学家门捷列夫发现从最轻的氢原子到重原子有一定的周期性,所以他按照原子量制作了一张元素周期表。

原子的构成

当然,随着知识的积累,你又知道,原子其实也不是尽头,还可以进一步分割,它实际上是由更加微小的质子、中子和电子构成的。而其中的质子和中子共同构成了电子核,而围绕电子核旋转的是电子。而之所以我们周围各种物质形态、性质各异,都是在于原子与原子钟的电子相互结合的原因,这种结合会形成复杂的排列。

质子和中子由夸克组成

难道一切到此为止?肯定不是的,1967年至1973年在斯坦福线性加速器中心最前沿的实验已经证实,质子和中子也是由更微小的成分构成的,这种成分就是夸克,质子由两个上夸克和一个下夸克组成,中子由一个上夸克和两个下夸克组成。

有人问,按照这种思路,是不是还可以再分割?目前来说,按照现有技术,这已经是尽头了,因为夸克有个奇怪的地方,那就是不可隔离性,虽然夸克很像电子,都是基本粒子,但是我们无法像观察电子一样把单个夸克取出来观察。所以,最前沿的科学对是否能够分割夸克仍没有答案。

这就是事物的构成链路,夸克组成质子和中子,质子、中子、电子组成原子,原子组成分子,分子构成物质。也就是说,文章开头说的,你所有生存和生活的一切,床、桌子、食物、空气、水,甚至包括你自己都是由夸克构成的。

到此为止,你肯定还不足为奇,因为大部分都是课本知识,但是在这些粒子组成中还隐藏着一个可怕的事实,这才是万物的本质。

认清微观粒子的真面目

上文,我们已经很清楚,万物都是由夸克经过各种排列组合,形成了大千世界的万事万物。但是还有一个问题需要我们深入思考。请看下图:

这是微观粒子的一个尺度图。细心的读者会发现,他们的比例是如此悬殊,假设夸克和电子的大小是1米,也就相当于我们人的肩宽,那么质子的边界是1公里,原子核的边界是100公里(用时速100公里的车也要跑1个小时),原子的边界将达到可怕的10万公里(大约相当于月地平均距离38万公里的四分之一),如果你还没有直观的印象,请看下图。

这个图虽然仍没法将其比例直观显示,但是大家已经可以看出来,整个氢气分子,除了6个夸克和两个电子外,其余全部是虚空

如果我们再来看电子,更加匪夷所思,电子大小和夸克差不多,但是电子居然是以云态存在于原子核外。这里有必要再多说一点,生活中,有人总是不太理解,一直问我,原子核不是应该像太阳系那样么,我说你的思维还停留在1911年,看下图的原子结构模型演变图就一目了然。

现代的电子云模型已经是不争的事实,那么电子的云态到底是什么形状呢,请看下图:

电子轨道示意图

可以看出,上图中红色部分是电子出现的地方,其余部分是电子从未出现的地方,看起来,电子不是在一个线性轨道上运动,而是在一个类似于球面、锥面或其他曲面的内外运动,所以才有明显的分割。每个电子都在自己的能级层上,进行着量子态运动,表现为无处不在,就像一片云一样包裹着原子核,因此称为电子云。

氢原子的电子云

有人肯定会有疑问,电子如何在一个曲面内外运动,然后跳过空白区域,并在另一个曲面内运动?小编这里只能回答,不知道,因为这是宏观物理规则无法解释的,但事实上,电子就是那样在运动,似乎它们能够穿过某种高维空间,并在另一个地方出现,也许这就是微观世界的法则。

知道了电子云,我们更加感兴趣的是电子到底是个什么东西?部分物理学家认为夸克、电子等基本粒子可能是点粒子,也就是说这些基本粒子是零纬度,不占据空间,也就是说类似于一个质点。


看清万物的本质

如果我们反过来把上面得到的信息梳理一遍,我们会发现什么呢?

世界上的万事万物,颜色、质感、味道、形状等等,所有我们能感受到的一切,都是光和电子的相互作用,而光子是没有静质量的虚空粒子,电子则是没有结构的质点,而唯一让我们感觉比较踏实的原子核,居然也是由类似于质点的夸克组合而成。当然,最前沿的理论——弦理论还认为,所有微观粒子都是由弦的不同振动状态组成的,听起来似乎更加科幻。

我们先看下面这个东西:

旋转LED灯

旋转LED灯高速旋转的效果

上面的旋转LED灯大家应该都见过,静止状态下,它是由一个个的数码显示点组成,但是一旦高速旋转,那么就会显示各种非常绚丽的效果。

同样道理,微观世界似乎也差不多,当所有的电子和光子都高速运转起来,这个世界也就显得光彩夺目,绚丽无比,但是其本质还是夸克、电子、光子这些质点通过各种力的作用搭建起来的一个虚空结构

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