什么是宇宙间物质的最小单位?古时候人们以为所有物质都由最微小的尘埃组成,后来科学家又提出原子论。随着人类对微观世界认识的深入,发现原子核里面还有质子和中子,而组成它们的夸克才是物质不可分割的最小单位。

物质最小的单位(物质最小单位有多小)(1)

夸克有多小?也许很难直观地感受到。让我们从稍大一点的分子说起。100万个分子排成一排,宽度只有1毫米,但如此小的分子在微观世界里却是个不折不扣的“巨人”,它比科学家正在研究的基本粒子要大10亿倍!

原子的体积大约为分子的十分之一,内部却出奇的空旷,中心处的原子核半径只有原子半径的万分之一,体积只占整个原子的万亿分之一!

物质最小的单位(物质最小单位有多小)(2)

致密的原子核由质子和中子组成,它们内部强大的胶子场将三个夸克牢牢束缚在一起。夸克到底有多小?科学上还存在许多争议,因为夸克还无法被直接观测到。对于极微小的物体,理论上只要有一架性能足够好的显微镜,我们肯定能够看到它。大型强子对撞机就是人类目前最强大的“显微镜”,它能观测到体积只有质子万分之一的物体,可惜它仍然无法看清夸克的身影。

物质最小的单位(物质最小单位有多小)(3)

虽然科学家对夸克是否有体积还存在疑问,但不妨碍我们做个简单的实验模拟夸克的大小。

取一张A4纸从中切断,将其中一半再切一刀,以此类推,当你切到第7刀时,就会得到0.22厘米大小的一片纸屑。假如我们拥有一把神奇的剪刀和一双慧眼,再切下去会得到什么?

第8刀,铅笔尖或线头,1毫米;

第12刀,头发的横截面,0.06毫米;

第14刀,人类制造的微芯片元件,0.015毫米;

第18刀,微生物,1微米;

第19刀,可见光波长,0.5微米;

第24刀,电子显微镜的极限,DNA,0.015微米;

第31刀,你终于切出一个原子!1x10^-10米;

第41刀,恭喜你切出一个原子核!1x10^-15米;

第58刀,你终于切到1x10^-18米,以为得到夸克了。别太天真了!真正的夸克也许更小!

物质最小的单位(物质最小单位有多小)(4)

到底什么才是宇宙间物质的最小单位呢?也许组成物质的基本单元根本没有所谓的尺寸和空间分布,仅仅是一个类似奇点的东西或者一条不停振荡的“琴弦”。

物质最小的单位(物质最小单位有多小)(5)

无论如何,物质不可分割的最小单位很可能在普朗克尺度(1.6x10^-35米)之下。在这里,人类已知的一切物理学理论不再生效,整个宇宙变得无比模糊,不确定性和概率主宰着一切,凡事未必有因必有果,也可能有果才有因。也许,这里隐藏着和宇宙本质有关的终极奥秘。

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