物质可以无限坍缩吗(物质不能无限分割)
一张纸可以截成两半,之后还可以再次分割,以此类推,似乎可以一直裁切下去,但实际上却并非如此。
物质不能够无限分割并不是因为我们没有足够精密的裁切工具,而是因为物质有一个最小的单位,而这个单位就被称之为普朗克长度。在现代物理中,如果一个物理量存在着不可分割的最小基本单位,那么这个物理量就是量子化的,其最小单位就被称之为“量子”,而两个量子间的最小间隔则被称之为“普朗克时间”,为10的-43次方秒,又因为真空中的光速是理论上的最快速度,所以用普朗克时间乘以光速就得到了一个最小的长度单位,也就是普朗克长度,取值10的-33次方厘米。
理论上任何物质分割到普朗克长度就达到了最小值,不可能再继续分割了。
为什么呢?其实这并不是说绝对没有物质可以小于普朗克长度,而是在普朗克长度之下,现有的所有物理规律都将会失效。从尺度上来进行划分,我们的世界可以分为宏观世界和微观世界,但宏观世界与微观世界并不是独立存在的,而是紧密相连的,微观世界里发生的一切,最终都会反映到我们所熟悉的宏观世界之中。比如一个分子的结构受到了破坏,那么由这个分子所构成的细胞就会死亡或变异,而这个变异的细胞又会使其所属的脏器发生病变。当然了,如果只是一个分子的改变,可能并不会在宏观世界引起可见的影响,但这种影响本身是客观存在的。
如果物质的尺度小于普朗克长度,那么问题就变得不一样了。
在我们的世界中所适用的一切物理规则在普朗克长度以下都是不适用的,也就是说在这个尺度之下的世界是与我们所处的世界截然不同的,在该尺度下发生的一些变化都不会影响到我们的世界。也就是说,如果真的存在小于普朗克长度的物质,那么这些物质无论发生怎样的变化,都不会对我们的世界产生任何的影响,所以对于我们而言,在普朗克尺度之下所发生的一切都是没有意义的,因此我们可以说在我们的世界中普朗克长度就是物质的最小单位。
值得注意的是,普朗克长度只是理论上的物质最小单位,而实际情况是我们从未发现过如此微小的物质。
目前人类已知的最小物质单位就是基本粒子,我们所熟悉的光子以及经常听到的夸克都属于基本粒子,基本粒子是不可分割的。说到不可分割,夸克算是个比较特殊的家伙,不仅单个夸克无法破开,我们甚至没有办法将几个结合在一起的夸克分割开来。在我们所熟悉的物理尺度下,原子算是一个比较小的单位了,而原子是由原子核与核外电子所组成的,原子核又是由质子和中子所构成的,至于质子和中子嘛,就是由夸克结合而成的了,通常情况下都是3个夸克。
我们生活的世界存在着已知的四种基本力,即强力、弱力、电磁力和引力。
使夸克结合在一起的力就是强力。组成质子的3个夸克表面上是相互独立的,但实际上在它们的中间存在着大量的胶子,这些胶子的作用就是负责强力的传递。能将这些粘合在一起的夸克分开吗?很遗憾,至今为止人类都没有做到。人类研究物质的结构主要就是使用对撞机将微观物质撞开,而即便加速到99%光速,我们依旧没有办法撞开夸克,这是为什么呢?从本质上来讲,要分开某个物质,就要输入能量来对抗使之结合在一起的力,而强力这种东西是“遇强则强”的。
两块吸附在一起的磁铁依靠的是电磁力实现结合的,当我们输入能量将两块磁铁拉开时,它们之间的电磁力是呈现减弱趋势的,因为电磁力与距离的平方成反比,距离越远,力量越弱。
然而强力并不是这样,强力与距离是成正比的,也就是说距离越远,力量越强。当我们试图输入能量将两个夸克拉开时,它们之间的强力会随之增强,所以我们就需要输入更多的能量,之后强力又会进一步增强,所以我们没有办法将它拉开。其实不仅我们无法将其拉开,即便是强大的中子星也不能破坏由夸克结合而形成的中子物质,也许在宇宙之中只有黑洞强大的力量才可以把夸克拉开吧。
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