一張紙可以截成兩半,之后還可以再次分割,以此類推,似乎可以一直裁切下去,但實(shí)際上卻并非如此。
物質(zhì)不能夠無(wú)限分割并不是因?yàn)槲覀儧](méi)有足夠精密的裁切工具,而是因?yàn)槲镔|(zhì)有一個(gè)最小的單位,而這個(gè)單位就被稱之為普朗克長(zhǎng)度。在現(xiàn)代物理中,如果一個(gè)物理量存在著不可分割的最小基本單位,那么這個(gè)物理量就是量子化的,其最小單位就被稱之為“量子”,而兩個(gè)量子間的最小間隔則被稱之為“普朗克時(shí)間”,為10的-43次方秒,又因?yàn)檎婵罩械墓馑偈抢碚撋系淖羁焖俣?,所以用普朗克時(shí)間乘以光速就得到了一個(gè)最小的長(zhǎng)度單位,也就是普朗克長(zhǎng)度,取值10的-33次方厘米。
理論上任何物質(zhì)分割到普朗克長(zhǎng)度就達(dá)到了最小值,不可能再繼續(xù)分割了。
為什么呢?其實(shí)這并不是說(shuō)絕對(duì)沒(méi)有物質(zhì)可以小于普朗克長(zhǎng)度,而是在普朗克長(zhǎng)度之下,現(xiàn)有的所有物理規(guī)律都將會(huì)失效。從尺度上來(lái)進(jìn)行劃分,我們的世界可以分為宏觀世界和微觀世界,但宏觀世界與微觀世界并不是獨(dú)立存在的,而是緊密相連的,微觀世界里發(fā)生的一切,最終都會(huì)反映到我們所熟悉的宏觀世界之中。比如一個(gè)分子的結(jié)構(gòu)受到了破壞,那么由這個(gè)分子所構(gòu)成的細(xì)胞就會(huì)死亡或變異,而這個(gè)變異的細(xì)胞又會(huì)使其所屬的臟器發(fā)生病變。當(dāng)然了,如果只是一個(gè)分子的改變,可能并不會(huì)在宏觀世界引起可見(jiàn)的影響,但這種影響本身是客觀存在的。
如果物質(zhì)的尺度小于普朗克長(zhǎng)度,那么問(wèn)題就變得不一樣了。
在我們的世界中所適用的一切物理規(guī)則在普朗克長(zhǎng)度以下都是不適用的,也就是說(shuō)在這個(gè)尺度之下的世界是與我們所處的世界截然不同的,在該尺度下發(fā)生的一些變化都不會(huì)影響到我們的世界。也就是說(shuō),如果真的存在小于普朗克長(zhǎng)度的物質(zhì),那么這些物質(zhì)無(wú)論發(fā)生怎樣的變化,都不會(huì)對(duì)我們的世界產(chǎn)生任何的影響,所以對(duì)于我們而言,在普朗克尺度之下所發(fā)生的一切都是沒(méi)有意義的,因此我們可以說(shuō)在我們的世界中普朗克長(zhǎng)度就是物質(zhì)的最小單位。
值得注意的是,普朗克長(zhǎng)度只是理論上的物質(zhì)最小單位,而實(shí)際情況是我們從未發(fā)現(xiàn)過(guò)如此微小的物質(zhì)。
目前人類已知的最小物質(zhì)單位就是基本粒子,我們所熟悉的光子以及經(jīng)常聽(tīng)到的夸克都屬于基本粒子,基本粒子是不可分割的。說(shuō)到不可分割,夸克算是個(gè)比較特殊的家伙,不僅單個(gè)夸克無(wú)法破開(kāi),我們甚至沒(méi)有辦法將幾個(gè)結(jié)合在一起的夸克分割開(kāi)來(lái)。在我們所熟悉的物理尺度下,原子算是一個(gè)比較小的單位了,而原子是由原子核與核外電子所組成的,原子核又是由質(zhì)子和中子所構(gòu)成的,至于質(zhì)子和中子嘛,就是由夸克結(jié)合而成的了,通常情況下都是3個(gè)夸克。
我們生活的世界存在著已知的四種基本力,即強(qiáng)力、弱力、電磁力和引力。
使夸克結(jié)合在一起的力就是強(qiáng)力。組成質(zhì)子的3個(gè)夸克表面上是相互獨(dú)立的,但實(shí)際上在它們的中間存在著大量的膠子,這些膠子的作用就是負(fù)責(zé)強(qiáng)力的傳遞。能將這些粘合在一起的夸克分開(kāi)嗎?很遺憾,至今為止人類都沒(méi)有做到。人類研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)主要就是使用對(duì)撞機(jī)將微觀物質(zhì)撞開(kāi),而即便加速到99%光速,我們依舊沒(méi)有辦法撞開(kāi)夸克,這是為什么呢?從本質(zhì)上來(lái)講,要分開(kāi)某個(gè)物質(zhì),就要輸入能量來(lái)對(duì)抗使之結(jié)合在一起的力,而強(qiáng)力這種東西是“遇強(qiáng)則強(qiáng)”的。
兩塊吸附在一起的磁鐵依靠的是電磁力實(shí)現(xiàn)結(jié)合的,當(dāng)我們輸入能量將兩塊磁鐵拉開(kāi)時(shí),它們之間的電磁力是呈現(xiàn)減弱趨勢(shì)的,因?yàn)殡姶帕εc距離的平方成反比,距離越遠(yuǎn),力量越弱。
然而強(qiáng)力并不是這樣,強(qiáng)力與距離是成正比的,也就是說(shuō)距離越遠(yuǎn),力量越強(qiáng)。當(dāng)我們?cè)噲D輸入能量將兩個(gè)夸克拉開(kāi)時(shí),它們之間的強(qiáng)力會(huì)隨之增強(qiáng),所以我們就需要輸入更多的能量,之后強(qiáng)力又會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng),所以我們沒(méi)有辦法將它拉開(kāi)。其實(shí)不僅我們無(wú)法將其拉開(kāi),即便是強(qiáng)大的中子星也不能破壞由夸克結(jié)合而形成的中子物質(zhì),也許在宇宙之中只有黑洞強(qiáng)大的力量才可以把夸克拉開(kāi)吧。