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物质无限可分吗?

 量子纠缠一 2018-05-03

       两千多年前,有一个叫庄子的哲人,用深邃的目光打量着世界,然后意味深长地吟唱:“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”(《庄子·杂篇·天下》)

 


       翻阅成大白话:一尺长的小木棍,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……一直这样取下去,永远都取不尽。

 

       用数学语言表达:如果把小木棍的长度看成是1,那么,1÷2=1/2,1/2÷2=1/4,1/4÷2=1/8……可以永远除下去。

 

       两千年后,你和我,或许还有更多的人,依然执著地相信:物质无限可分。

 

       物质是否无限可分?

 

       如果说哲学是科学之母,那么科学就是哲学的未来。这个千古迷题,最终需要科学来揭开。

 

       分割物质,有两种刀:一是物理之刀,二是思想之刀。

 

       物理之刀又有几种:有日常生活中用的铁制刀具;有金刚石制成的专用玻璃刀;有超高压水制成的“水刀”;有激光束制成的激光刀等。这些刀具能够切割的都是分子以上的宏观物体。要对亚原子粒子进行切割,传统的刀具当然不行了。

 

       要“切割”亚原子粒子,科学家通常采的是“对撞机之刀”。例如利用大型电子加速器(LEP)加速质子,使超高速运行的质子相互对撞,便会“破碎”成更基本的亚原子粒子。这令人想到了猴子砸坚果吃的场景。亚原子粒子就是让科学家垂涎欲滴的坚果,要砸碎它,除了对撞原理,目前还没有更好的办法。

 

       思想之刀,即不需要任何物理工具,在思想里面对物体进行切割,不受任何技术条件和物理定律的限制。

 

       思想之刀也可以说成是数学之刀,即把一个物体看成是一,然后除以二得二分之一,二分之一再除以二得四分之一……可以这样无限除下去。

 

       思想之刀不受技术条件和物理定律的限制,故可以对物体进行无限分割。

 

       物理之刀则既要受到技术条件的限制,又要受到物理定律的限制。

 

       1900年,量子论创始人马克斯·普朗克在研究物体热辐射的规律时发现,只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的,而是一份一份地进行的,计算的结果才能和试验结果是相符。他把“一份能量”叫做“能量子”(后简称为量子),每一份能量子等于hv,v为辐射电磁波的频率,h为一常量,称为普朗克常数。

 

       普朗克常数的值约为:h=6.6260755(40)×10^-34J·s (J为能量单位:焦)

 

       这是一个神奇的数。普朗克本人也一直坚持认为,是自己在计算物体热辐射时,作反推运算得出的数字。

 

       普朗克常数级别的能量子,处于不确定的量子真空涨落态。在奇妙的量子真空涨落中,一个能量子会瞬间出现又瞬间消失,会瞬间出现在这里又瞬间出现在那里。

 

       在普朗克常量的极小时空里面,能量子处于不确定性的量子真空涨落态,要准确地测量一个能量子的位置或动量都做不到,更不要说对其进行“分割”了。

 

       应用物理之刀分割能量子,必然要对分割对象施加能量。对处于普朗克常量级别的能量子施加能量,要么就是找不到它,要么就是产生出光子或电子之类的新物质来。

 

       之所以说在普朗克常量的极小时空里,对物体的分割失去意义,是因为技术条件和物理定律都不允许。就像妖怪国师要砍孙悟空的头,砍一刀生一个,砍两刀生两个。由于存在不确定性,你甚至根本无法“砍”到它。

 

       结合量子真空涨落和不确定性原理,是理解物质是否无限可分的关键。

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