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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 , 他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 。
【氢原子有多大,比普朗克长度如何?一滴水里就有4万亿亿个!】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 。
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