楠木軒

宇宙和粒子一般大先別嗤之以鼻,看到最後相信能啓示你新認知

由 鍾離綺琴 發佈於 科技

宇宙,就是無邊無際的的意思,也是我們生活這個空間所能意識到最大的時空存在。宇宙有多大我們沒有人知道,最客觀的分析説法是不小於900億光年。

宏觀地球

粒子,是我們對極小物質的統稱,包括原子、中子、質子、夸克等。而基本粒子,是指不可再分割的粒子。以前認為夸克是最小的粒子,後來又發現更小的費米子和玻色子等,因此還沒有最終的共識是什麼。基本粒子雖然極小,但總有一個尺寸吧,根據弦理論,最小的基本粒子應該是一維的弦,其長度為普朗克尺寸(10^-35米)。

插個題外話,小於普朗克的尺寸或者小於普朗克時間的參數,被認為是沒有任何意義的,這個怎麼理解呢?你可以認為是對於人類是不存在的,無法測量與感知,一切規則認知均將失效。

普朗克尺寸

迴歸正題,一個900多光年,一個10^-35米,兩者相差何止千萬倍,甚至差距超越了人類認知的極限,它們有可比性嗎?

我們這個世界是一個三維的世界,我們的真實能觸摸到的也只有長寬高。當然,愛因斯坦在狹義相對論中基於閔可夫斯基空間概念,提出了四維時空的概念,也就是在三維空間加上時間這一個維度。時間是我們能感知到一種東西,我們可以感覺到流逝,但卻無法控制。

四維空間模型——超正方體

如果時間算是第4維的話,那麼是否存在其他更高維度呢?但是人類尋找這麼久以來卻一無所見。量子力學興起以後,人類對微觀的世界有了更深刻的理解,原來微觀世界中竟然有着與宏觀世界不一樣的規則,這些規則讓我們人類常見的邏輯推理失效!因此有人基於此,提出了一個多維空間的模型,這個理論認為更高維度的世界可能被捲縮在微觀世界中。宏觀世界是微觀世界構造出來的,然而宏觀世界的規則竟然不適用於微觀世界,這或許就是微觀世界中有一些超越宏觀世界的法則,這些法則只存在微觀世界中。因此,可能可以通過對粒子微觀世界的研究,就有可能窺探到比宇宙更高維世界的奧秘。

多維空間示意

不管是現在熱門的量子糾纏原理,還是宇宙大爆炸的緻密奇點,都完全超越了我們的想象。在宏觀世界中,你無法想象宇宙無窮的物質怎麼壓縮成一個微小的顆粒。而在微觀世界中,這確實有可能的。無論是原子之中超過99%的空間都是虛空,還是更小的粒子,它們內部結構絕大部分都是空的。實體存在的東西,到底分解到什麼程度才是真正不可分解的全實體粒子呢?

數學幾何方式表示多維空間

以前我曾經在另一篇文章計算過,原子的直徑大概在10的負10次方米,那麼一個原子的體積約:V1=(4/3)πr^3=4.187×10^-30(m3);而以普朗克尺寸為基準的基本粒子,它的體積大概是:V2=(4/3)πr^3=4.187×10^-105(m3)。V1/V2=4.187×10^-30/4.187×10^-105=10^75,也就是説原子體積約為基本粒子體積的10^75倍。如果對這個數字沒有什麼概念的話,可以告訴你這幾乎是宇宙中所有原子的數量級。

克萊因平面想象圖

當然,這這是宏觀的概念去計算理解,普朗克尺寸顆粒的體積是沒有意義的。更何況微觀裏面存在宏觀世界所沒有的法則,它們的存在或者並不是我們所理解的佈滿空間。曾經有一個很熱門的瓶子,就是號稱永遠裝不滿的克萊因瓶,有興趣的朋克可以瞭解一下。這是基於數學家菲利克斯·克萊因發現的一個無定向性平面概念山寨出來的瓶子,所謂無定向性,就是沒有“外面”和“裏面”之分。

永遠裝不滿的克萊因瓶

因為沒有裏外,沒有邊界,所以它是一個無窮無盡的空間。由於“克萊因平面”無法在三維世界展現出來,必須在四維空間才能展示,所以一般人也無法理解其概念。不過有一個辦法可以讓你略微領略一下它的神奇,聽説過莫比烏斯環吧?很簡單自己也能做一個,不懂的自己查找原理,是不是發現這是一條內外相通走不完的環?當然, 這個是三維化的“克萊因平面”,簡易山寨版的“克萊因平面”,與真正的“克萊因平面”根本不是一個概念級別。

莫比烏斯環

上面談論這個貌似和題目不太相干,但主要就是想表達一件事情,那就是微觀世界或許有一種我們無法理解的法則。在這種法則下,微觀的世界或許也是無窮無盡的。借用佛家的一句話:無大亦無小,無近亦無遠。我們所謂的宏觀宇宙,或許只是一種三維法則下的無窮無盡,而在某些法則下,我們的宇宙或者就是一個“微觀粒子”?

宇宙大爆炸緻密奇點內部想象圖

“宇宙大爆炸理論”,説的就是大概在130多億年前,宇宙就是一個熾熱的奇點,在某種條件下,這個奇點突然發生了爆炸,經過百億年形成了我們目前所處於的宇宙。換句話説,由於某種規則的原因,我們的宇宙從原來的一個微小世界,爆發成現在無窮大的宏觀世界!而且這種理論還延伸出宇宙坍縮論,也就是在過百億年,宇宙或又在某種規則(法則)作用下,再次變回微觀世界。

當然,這裏的所謂“微觀”和“宏觀”世界,是相對的。我們人類人認為的大和小,在法則下是錯誤的。假如微觀世界中存在生命或者智慧認知,它們或許認為它們所在的微觀世界是無窮大的,而我們所在的宇宙才是微小粒子。

宏觀世界的壯麗

“一葉一世界,一花一菩提”再次用哲學上的話做結尾,上面純是思想上的探討,嚴格説算是科學和哲學交接的範疇。世界如此的神奇,但是我們還是該吃吃、該喝喝,您覺得呢?