兩千多年前,有一個(gè)叫莊子的哲人,用深邃的目光打量著世界,然后意味深長(zhǎng)地吟唱:“一尺之棰,日取其半,萬世不竭。”(《莊子·雜篇·天下》) 翻閱成大白話:一尺長(zhǎng)的小木棍,今天取其一半,明天取其一半的一半,后天再取其一半的一半的一半……一直這樣取下去,永遠(yuǎn)都取不盡。
用數(shù)學(xué)語言表達(dá):如果把小木棍的長(zhǎng)度看成是1,那么,1÷2=1/2,1/2÷2=1/4,1/4÷2=1/8……可以永遠(yuǎn)除下去。
兩千年后,你和我,或許還有更多的人,依然執(zhí)著地相信:物質(zhì)無限可分。
物質(zhì)是否無限可分?
如果說哲學(xué)是科學(xué)之母,那么科學(xué)就是哲學(xué)的未來。這個(gè)千古迷題,最終需要科學(xué)來揭開。
分割物質(zhì),有兩種刀:一是物理之刀,二是思想之刀。
物理之刀又有幾種:有日常生活中用的鐵制刀具;有金剛石制成的專用玻璃刀;有超高壓水制成的“水刀”;有激光束制成的激光刀等。這些刀具能夠切割的都是分子以上的宏觀物體。要對(duì)亞原子粒子進(jìn)行切割,傳統(tǒng)的刀具當(dāng)然不行了。
要“切割”亞原子粒子,科學(xué)家通常采的是“對(duì)撞機(jī)之刀”。例如利用大型電子加速器(LEP)加速質(zhì)子,使超高速運(yùn)行的質(zhì)子相互對(duì)撞,便會(huì)“破碎”成更基本的亞原子粒子。這令人想到了猴子砸堅(jiān)果吃的場(chǎng)景。亞原子粒子就是讓科學(xué)家垂涎欲滴的堅(jiān)果,要砸碎它,除了對(duì)撞原理,目前還沒有更好的辦法。
思想之刀,即不需要任何物理工具,在思想里面對(duì)物體進(jìn)行切割,不受任何技術(shù)條件和物理定律的限制。
思想之刀也可以說成是數(shù)學(xué)之刀,即把一個(gè)物體看成是一,然后除以二得二分之一,二分之一再除以二得四分之一……可以這樣無限除下去。
思想之刀不受技術(shù)條件和物理定律的限制,故可以對(duì)物體進(jìn)行無限分割。
物理之刀則既要受到技術(shù)條件的限制,又要受到物理定律的限制。
1900年,量子論創(chuàng)始人馬克斯·普朗克在研究物體熱輻射的規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn),只有假定電磁波的發(fā)射和吸收不是連續(xù)的,而是一份一份地進(jìn)行的,計(jì)算的結(jié)果才能和試驗(yàn)結(jié)果是相符。他把“一份能量”叫做“能量子”(后簡(jiǎn)稱為量子),每一份能量子等于hv,v為輻射電磁波的頻率,h為一常量,稱為普朗克常數(shù)。
普朗克常數(shù)的值約為:h=6.6260755(40)×10^-34J·s (J為能量單位:焦)
這是一個(gè)神奇的數(shù)。普朗克本人也一直堅(jiān)持認(rèn)為,是自己在計(jì)算物體熱輻射時(shí),作反推運(yùn)算得出的數(shù)字。
普朗克常數(shù)級(jí)別的能量子,處于不確定的量子真空漲落態(tài)。在奇妙的量子真空漲落中,一個(gè)能量子會(huì)瞬間出現(xiàn)又瞬間消失,會(huì)瞬間出現(xiàn)在這里又瞬間出現(xiàn)在那里。
在普朗克常量的極小時(shí)空里面,能量子處于不確定性的量子真空漲落態(tài),要準(zhǔn)確地測(cè)量一個(gè)能量子的位置或動(dòng)量都做不到,更不要說對(duì)其進(jìn)行“分割”了。
應(yīng)用物理之刀分割能量子,必然要對(duì)分割對(duì)象施加能量。對(duì)處于普朗克常量級(jí)別的能量子施加能量,要么就是找不到它,要么就是產(chǎn)生出光子或電子之類的新物質(zhì)來。
之所以說在普朗克常量的極小時(shí)空里,對(duì)物體的分割失去意義,是因?yàn)榧夹g(shù)條件和物理定律都不允許。就像妖怪國(guó)師要砍孫悟空的頭,砍一刀生一個(gè),砍兩刀生兩個(gè)。由于存在不確定性,你甚至根本無法“砍”到它。
結(jié)合量子真空漲落和不確定性原理,是理解物質(zhì)是否無限可分的關(guān)鍵。 |
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