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中国古代“一尺之捶,日取其半,万世不竭”,能分到原子还是夸克

《庄子·天下篇》中有述:“一尺之捶,日取其半,万世不竭”!战国,即先秦时期,一尺约等于现在的23.1厘米,大意是一块23公分长的木棍,每天砍下一半,永远都砍不完!形象的说明了物体细分是无穷尽的!但事实上真的是这样吗?可以永远的砍下去?

一、物质的最小单位是什么?

原子是化学反应中不可再分的最小单位,后来我们知道了原子的标准模型后,才知道化学变化改变的是核外电子中最外层电子的分布方式,而对于内部的原子核并不能触及!

1、发现原子核

对于发现原子核,还有一个比较有意思的事情,卢瑟福为了验证汤姆逊的原子模型,他在1911年设计了一个实验,如图所示,周围一圈是感光材料,而中心则是金箔,在金箔的正前方则是一个α粒子发生器!

假如按照汤姆逊的模型,从理论上来看α粒子应该径直穿过原子核扬长而去,进而在金箔的另一端的感光材料上留下它们的印记!

但事实上结果出乎卢瑟福的预料,因为绝大部分的α粒子都穿过了金箔,但有少数粒子发生了偏转,有极少数偏转角度很大,甚至有被弹回来的!

这很简单的说明了一个事实,原子内部大都是空的,中心拥有一个致密实体,否则α粒子不会被弹回,因为α粒子本身就是两个质子和两个中子构成的带正电高速氦四原子核!在α粒子散射实验后,卢瑟福提出了自己的原子核原子模型!

2、发现质子与中子

1918年卢瑟福在担任卡文迪许实验室主任时,用发现原子核的α粒子轰击氮原子核,他发现了一种奇怪的现象,感光器件记录到了氢核的迹象,卢瑟福意识到这个氢核的唯一来源是氮原子核,强大的α粒子撞击分裂了氮原子核,他将其命名为Proton,这就是质子的来历,卢瑟福发现质子以后,还预言了不带电的中子!

质子质量:1.672621637×10^-27 千克 直径:1.6-1.7×10^-15千克,

中子质量:1.6749286 ×10^-27 千克

3、发现夸克

自从科学家发现质子以来,就折腾了一系列的加速器来操练质子,希望能在质子的基础上更进一步,发现更小的基本粒子,但很可惜,封闭质子的力量是如此强大,以至于根本打不开质子,但至少知道了撞击时会有三个散射强度!当然现在我们已经知道这是夸克紧闭的现象, 夸克不能被直接观测,或是被分离出来,只能通过对强子的观测间接来观测内部的结构(质子和中子是最稳定的强子)!

4、标准粒子模型

从1897年汤姆逊发现电子,到1911,和1918年卢瑟福发现原子核和质子与中子,再到五六十年代发现200多个强子,再在加速器的帮助下发现夸克.....基本我们发现的粒子已经凑一个模型了!

如同抽丝剥茧,最终发现的位置到达了夸克的世界!那么我们总共发现了哪几类粒子呢?

上图标准模型中有两大类粒子,一类是费米子,表示的是物质最小不可分割部分,即构成物质的最小单位!而另一类则是规范玻色子,这一类粒子起到传递力的作用,比如胶子连接上下夸克构成质子,光子则传递电磁作用,W和Z玻色子传递弱相互作用!简单的理解,费米子就是砖块,而玻色子就是水泥浆,我们宏观世界的物质大厦就是由这些小东西连接起来的!

但有一点必须要提醒一下,尽管砖块与水泥是大厦中必不可少的材料,但宏观世界中砖块明显要比粘合的砂浆质量要大,但在微观世界却是相反的,因为构成质子和中子的上下夸克都是轻夸克,三个夸克的质量远小于其构成的质子,质量来自何方?粘合夸克的胶子,甚至核聚变和裂变的能量真正的源头也在胶子!

5、电子还能再分吗?

从基本粒子模型中我们可以知道,电子是费米子,也就是不可再分基本粒子,因此电子就分布下去啦!

二、一尺之捶,日取其半,多久到达最小单位,无法再分?

假设我们用砍刀,切开物质用的电磁力,因此从理论上来看,到原子就不可再分了,因为要分开原子核,用砍刀这种电磁力可不行!那么几天砍下来就到原子了呢?

一尺之捶=0.231米

原子直径=10^10米

那么大约需要 31.105245706天,也就是砍一个月,就砍到原子了,理论上还可以砍,但事实上砍刀能输出的能量远远不够了!

三、古代就知道了无穷尽的微观世界,那是也有科学吗?

佛学《华严经》中的“一花一世界,一叶一菩提”,与“一尺之捶,日取其半,万世不竭”有异曲同工之妙,其大无外,其小无内,只是中国古代对于境界的最高认知,但仅此而已,并没有更进一步,也许局限于当时的时代背景!现代科学也就四百多年的历史,各位不要认为很久了,在种花家看来,才刚刚起飞而已!

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