宇宙,就是无边无际的的意思,也是我们生活这个空间所能意识到最大的时空存在。宇宙有多大我们没有人知道,最客观的分析说法是不小于900亿光年。
宏观地球
粒子,是我们对极小物质的统称,包括原子、中子、质子、夸克等。而基本粒子,是指不可再分割的粒子。以前认为夸克是最小的粒子,后来又发现更小的费米子和玻色子等,因此还没有最终的共识是什么。基本粒子虽然极小,但总有一个尺寸吧,根据弦理论,最小的基本粒子应该是一维的弦,其长度为普朗克尺寸(10^-35米)。
插个题外话,小于普朗克的尺寸或者小于普朗克时间的参数,被认为是没有任何意义的,这个怎么理解呢?你可以认为是对于人类是不存在的,无法测量与感知,一切规则认知均将失效。
普朗克尺寸
回归正题,一个900多光年,一个10^-35米,两者相差何止千万倍,甚至差距超越了人类认知的极限,它们有可比性吗?
我们这个世界是一个三维的世界,我们的真实能触摸到的也只有长宽高。当然,爱因斯坦在狭义相对论中基于闵可夫斯基空间概念,提出了四维时空的概念,也就是在三维空间加上时间这一个维度。时间是我们能感知到一种东西,我们可以感觉到流逝,但却无法控制。
四维空间模型——超正方体
如果时间算是第4维的话,那么是否存在其他更高维度呢?但是人类寻找这么久以来却一无所见。量子力学兴起以后,人类对微观的世界有了更深刻的理解,原来微观世界中竟然有着与宏观世界不一样的规则,这些规则让我们人类常见的逻辑推理失效!因此有人基于此,提出了一个多维空间的模型,这个理论认为更高维度的世界可能被卷缩在微观世界中。宏观世界是微观世界构造出来的,然而宏观世界的规则竟然不适用于微观世界,这或许就是微观世界中有一些超越宏观世界的法则,这些法则只存在微观世界中。因此,可能可以通过对粒子微观世界的研究,就有可能窥探到比宇宙更高维世界的奥秘。
多维空间示意
不管是现在热门的量子纠缠原理,还是宇宙大爆炸的致密奇点,都完全超越了我们的想象。在宏观世界中,你无法想象宇宙无穷的物质怎么压缩成一个微小的颗粒。而在微观世界中,这确实有可能的。无论是原子之中超过99%的空间都是虚空,还是更小的粒子,它们内部结构绝大部分都是空的。实体存在的东西,到底分解到什么程度才是真正不可分解的全实体粒子呢?
数学几何方式表示多维空间
以前我曾经在另一篇文章计算过,原子的直径大概在10的负10次方米,那么一个原子的体积约:V1=(4/3)πr^3=4.187×10^-30(m3);而以普朗克尺寸为基准的基本粒子,它的体积大概是:V2=(4/3)πr^3=4.187×10^-105(m3)。V1/V2=4.187×10^-30/4.187×10^-105=10^75,也就是说原子体积约为基本粒子体积的10^75倍。如果对这个数字没有什么概念的话,可以告诉你这几乎是宇宙中所有原子的数量级。
克莱因平面想象图
当然,这这是宏观的概念去计算理解,普朗克尺寸颗粒的体积是没有意义的。更何况微观里面存在宏观世界所没有的法则,它们的存在或者并不是我们所理解的布满空间。曾经有一个很热门的瓶子,就是号称永远装不满的克莱因瓶,有兴趣的朋克可以了解一下。这是基于数学家菲利克斯·克莱因发现的一个无定向性平面概念山寨出来的瓶子,所谓无定向性,就是没有“外面”和“里面”之分。
永远装不满的克莱因瓶
因为没有里外,没有边界,所以它是一个无穷无尽的空间。由于“克莱因平面”无法在三维世界展现出来,必须在四维空间才能展示,所以一般人也无法理解其概念。不过有一个办法可以让你略微领略一下它的神奇,听说过莫比乌斯环吧?很简单自己也能做一个,不懂的自己查找原理,是不是发现这是一条内外相通走不完的环?当然, 这个是三维化的“克莱因平面”,简易山寨版的“克莱因平面”,与真正的“克莱因平面”根本不是一个概念级别。
莫比乌斯环
上面谈论这个貌似和题目不太相干,但主要就是想表达一件事情,那就是微观世界或许有一种我们无法理解的法则。在这种法则下,微观的世界或许也是无穷无尽的。借用佛家的一句话:无大亦无小,无近亦无远。我们所谓的宏观宇宙,或许只是一种三维法则下的无穷无尽,而在某些法则下,我们的宇宙或者就是一个“微观粒子”?
宇宙大爆炸致密奇点内部想象图
“宇宙大爆炸理论”,说的就是大概在130多亿年前,宇宙就是一个炽热的奇点,在某种条件下,这个奇点突然发生了爆炸,经过百亿年形成了我们目前所处于的宇宙。换句话说,由于某种规则的原因,我们的宇宙从原来的一个微小世界,爆发成现在无穷大的宏观世界!而且这种理论还延伸出宇宙坍缩论,也就是在过百亿年,宇宙或又在某种规则(法则)作用下,再次变回微观世界。
当然,这里的所谓“微观”和“宏观”世界,是相对的。我们人类人认为的大和小,在法则下是错误的。假如微观世界中存在生命或者智慧认知,它们或许认为它们所在的微观世界是无穷大的,而我们所在的宇宙才是微小粒子。
宏观世界的壮丽
“一叶一世界,一花一菩提”再次用哲学上的话做结尾,上面纯是思想上的探讨,严格说算是科学和哲学交接的范畴。世界如此的神奇,但是我们还是该吃吃、该喝喝,您觉得呢?