我们总说世界上最遥远的距离是我就站在你面前,你却不知道我爱你,甚至还专门有这么一首诗来形容所谓最远的距离。仁者见仁,从物理学上来看,如果非要说一个的话,那具有物理意义的最远距离可能就是可观测宇宙的半径吧,足足有930亿光年那么长。
那世界上最短的距离又是什么呢?浪漫的人会说,两个相爱之人心灵间的距离最短,因为彼此就在对方心中,但是这并不具备物理意义。那么现实中最短的距离究竟是什么呢?
大部分人脑海里可能已经出现一些长度单位了,比如毫米,微米,纳米等一些常见的长度单位,一般来说,宏观世界里的长度一般是以毫米以上的长度作为度量单位的,至于更小的长度单位,比如微米或者纳米,就不是人类肉眼所能注意到的了,这些都需要特定的科学。仪器来观测。
通过测量,人类发现氢原子的直径只有0.1纳米左右,相当于十亿分之一米,而一个水分子的直径也仅仅只有0.4纳米。
除此以外,一些不明就里的人可能会说,不不不,病毒的尺寸更小,它们比细胞还要小得多。其实不然,哪怕是最小的病毒,也比水分子的直径要大得多,至少大数千倍。
从结构上来看,一个水分子(H20)由一个氧原子和两个氢原子组成。经过观测计算,我们得以知道,光是一滴水(按照0.02毫升算)中就有大约2万亿亿个水分子,相当于有4万亿亿颗氢原子。
由此可见,氢原子可以说是十分微小的了。氢原子是所有已知元素中最小的原子,其基态原子里只包含一个质子和一个电子。
那氢原子是最小的吗?其实不是的,假如我们将氢原子等比例放大到地球那么大,那么原子核外的那个电子就仅仅只有一个篮球那么大,而其中的原子核也只有一个直径为150米左右的球体那么大,其余那么大的空间里就只是虚无,啥没有。
那电子的长度就是物理中最小的长度吗?其实也不是的,物理学上最短的长度是普朗克长度,没有任何一个长度能够低于普朗克长度,并且有意义。
根据量子力学理论,当物理存在的尺寸小到普朗克长度后,在理论上就不能够继续分割了,如果继续分割,则毫无物理意义,仅仅是一个空壳的数学表示。
普朗克长度以量子力学之父普朗克命名,被认为是宇宙中最小的长度单位,它的物理意义是:一个光子在一个普朗克时间里所行驶的距离,大约为1.616*10^-35米。也可以换个说法,一个普朗克长度是一个质子直径的1/10^22。
普朗克长度是一个小到让人无法想象的长度,光是看数据我们可能无法理解它究竟小到什么程度。假如我们将一个普朗克长度等比例放大成一个成年人那么大,那么一个质子的大小就堪比整个银河系大小了。
而一个氢原子的大小又相当于质子大小的10万倍,所以一个氢原子和一个普朗克长度做对比,就相当于一个普通成年人和整个可观测宇宙做对比。
当我们以一个普朗克程度为边长做一个立方体,那么这就是量子物理学理论中存在的最小体积单位,被称为普朗克单位,一个普朗克单位和一个氢原子相比,这个氢原子就相当于整个宇宙那么大。
所以我们可以说,在目前的科学边界里,普朗克长度就是最小的长度,任何有意义的物理存在都会大于这个尺寸。所有低于这个尺寸的存在都仅仅是一个数学表示,不存在任何物理意义,这是量子物理所限定的。
有话要说...