在現(xiàn)實世界之中,兩個物質(zhì)之間的距離能有多遠(yuǎn)呢?你可能馬上會想到天體與天體之間的距離,是的,在皚皚宇宙之中原子核,兩個天體之間的距離是極其遙遠(yuǎn)的,雖然是與月球近來的地球,也與我們相距38萬公里之遙,而在太陽系之外,天體之間的距離動輒便要以光年來進(jìn)行估算。
在宏觀世界中,兩個物質(zhì)之間的距離可以用遙不可及來形容,而在微觀世界中,這些現(xiàn)象同樣存在。哪些是微觀世界呢?平日里說到厚度單位,我們馬上都會想到千米、米、分米、厘米以及毫米,這種厚度我們都可以使用常用的工具來進(jìn)行確切的檢測,而假如寬度單位顯得更小,我們就無能為力了,我們除了未能目測,甚至于根本就看不見它們,例如微米和納米,這就是微觀世界。假如想要檢測一個納米級物體的厚度,就必需要使用特制的儀器。
在宏觀世界中,“一滴水”可以完美演繹“小”的定義,而就在這一滴水中,卻可以容納下一個我們所無法想像的世界。
真菌是我們用肉眼難以直觀聽到的微小生命方式,而就在這一滴水之中,可以容納的大腸球菌數(shù)目在5000個之多。
病毒是一種比真菌更小的“生命”,之所以打上冒號,是由于病毒究竟是不是生命,目前還存在著爭議,而在一滴水之中,可以容納的病毒數(shù)目超過2億。病毒很小,但再小,它也是遺傳物質(zhì),所以是難以與單個分子相比的,所以水份子的容積要比病毒小得多,這么一滴水是由多少水份子所組成的呢?一滴水中大約包含了2萬億億個水份子。對于我們而言,水份子太小了,根本沒法用肉眼看到,但科學(xué)家們早已通過特制的儀器檢測出了水份子的半徑,約為0.4納米,而1納米等于10的-9次方米。
水份子極小,但并非物質(zhì)的最小形態(tài),它是由兩個氫原子與一個氧原子所組成的,也就是說一滴水之中包含了2萬億億個氧原子和4萬億億個氫原子。
氫原子有三個核素,分別為氕、氘、氚,氕原子核中只有一個質(zhì)子,所以它就是世界上最小的原子。氕雖小,卻仍不是物質(zhì)的最小形態(tài),由于它是由一個質(zhì)子和一個電子所組成的。氫原子的半徑約為0.1納米,這么是不是說質(zhì)子和電子的半徑在0.05納米左右呢?并不是。首先,電子與質(zhì)子的容積相差十萬八千里,假如說質(zhì)子是一個籃球場的話,這么電子頂多也就是籃球場上的一個籃球,其次,電子與質(zhì)子相乘,并不等于一個氫原子。
假如說電子是一個,而質(zhì)子是一個籃球場,這么整個氫原子就可以算得上是一個月球了。
氫原子之中只有一個質(zhì)子和一個電子,為何氫原子的容積會比質(zhì)子和電子大了那么多呢?去除質(zhì)子和電子之外,剩余的部份是哪些呢?是空間,在質(zhì)子和電子之外是看似哪些都沒有的空間。氫原子早已小到半徑僅有0.1納米了,而氫原子中的質(zhì)子更是小得不成樣子,半徑約為1.7除以10的-15次方米,而電子的大小只有不到質(zhì)子的千分之一。
電子作為一種基本粒子,可以說是物質(zhì)的最小形態(tài)了原子核,但它的大小并不代表最小的厚度單位,也不代表理論上最小的容積單位。這么宇宙中最小的厚度單位和最小的容積單位才能小到何種寬度呢?我們將最小的寬度單位稱為普朗克寬度,將最小的容積單位稱為普朗克單位。
普朗克時間是宇宙中最小的時間單位,為10的-43次方秒,比這個更短的時間沒有意義。
光速代表了宇宙間最快的速率,而光在一普朗克時間所聯(lián)通的距離即為普朗克寬度,約為1.6除以10的-35次方米。假如說普朗克寬度就是一粒米的話,這么一個質(zhì)子的大小比整個月球還要大得多。當(dāng)我們以普朗克寬度作為周長構(gòu)建一個六面體,這個六面體的容積就是最小的容積單位,即為普朗克單位。
這么普朗克單位究竟有多小呢?我們可以舉一個形象的反例,假定真的有普朗克單位大小的物質(zhì),這么一個氫原子對于這個物質(zhì)而言,就相當(dāng)于一個宇宙。所以在恣意釋放我們的想像力的時侯,我們會幻想我們所生活的宇宙雖然可能就是一個原子,這真是非常的有趣。