楠木軒

電子有質量但體積是0,為何不變成黑洞?科學家的解釋接近神話

由 哈愛朵 發佈於 科技


本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

在沒有科學的年代,人類生活在經驗常識和神話想象的世界中。但是科學發展到了今天,我們不得不思考這些神話的起源到底是什麼。


中國著名的神話小説《西遊記》被拍成了無數個版本的連續劇,在中國家喻户曉。孫悟空之所以厲害,其中之一就是他會七十二變。而且他有一根金箍棒,可以隨意的放大縮小。

如果説以前我們沒有辦法精確的定義這個世界的存在性,那麼科學發展到今天,我們可以從物理學的角度來定義神話和現實的區別。

所謂的法術,可以把一塊石頭變成金子,也可以把一塊金子變成石頭。西方曾經有一種鍊金術,意圖把某種原料煉成黃金,但是我們今天知道這是不可能的。


因為黃金的誕生是在超新星爆炸的時候才能產生很少量的元素,最大量的元素是在雙中子星對撞的時候才能夠產生。

用科學的語言來説,物質的性質是“內稟”的。所謂的“內稟”的意思,就是説這個物質的屬性是和物質的存在性不可分。

孫悟空想變成一條魚就變成一條魚,想變成一個蒼蠅就變成一個蒼蠅。

用思想或者是意念來改變物質的屬性。

》是用外部的力量來影響物質的內在屬性,這就是所謂的“神話”。

當然這種影響是分層次的。

我們在地圖上看一片一望無際的原始森林,如果持續把畫面放大,最後得到的是一個一個的樹木。一個樹木只能遮住一小片陰涼,而一片森林能改變一個地區的氣候模式。


中國古人有一個哲學命題,叫做“一尺之錘,日取其半,萬世不竭”。實際上這就是古代的樸素的唯物主義思想對於事物性質的認識,也就是説一個事物不管怎麼細分,它的性質仍然不會改變。

木頭分到最小的單位是組成木頭的細胞,細胞繼續分解就是各種有機物的大分子,這些有機物的大分子繼續分解就變成了碳、氧、氮、磷等原子。而原子繼續分解就只剩下了三種東西:電子、質子和中子。


所以,我們説所謂的“內稟”的性質,只是沒有分解到足夠的細,如果分解到足夠的細,物質的性質就會被改變,然後可以被組合。

》如果我們深入探索,會發現存在和虛無之間本無界限。

電子是人類發現的第1個微觀粒子,1897年湯姆遜發現了電子。從那個時代開始,對電子屬性的研究就一直沒有停頓過。

我們知道電子是帶有一個最小單位的電荷,可是後來人們發現,在原子的內部,最小的單位夸克可以帶分數的電荷。


當物質的尺度縮小到普郎克尺度1.6*10^(-35)米之後,世界的界限將變得模糊和不可測。

當然,我們知道這個尺度已經遠遠小於了原子核的尺度。

》在普郎克尺度上,宏觀物體的過渡段,是世界的概率性存在方式,這就是我們説的“量子世界”。

在量子世界裏,傳統的物理學法則已經不再適用。

量子世界裏,物質是不連續的,能量是一份一份存在的。

微觀世界裏面的基本粒子可以沒有結構,但是卻有某種性質。電子就是這樣的微觀粒子。


實際上,當讀者拿起這個手機的時候,看到的是運行在原子外部的電子。原子核用肉眼是沒有辦法看到的,因為原子核的尺度相當於一個操場中間的螞蟻。

1915年愛因斯坦發表了廣義相對論。

》黑洞是廣義相對論對於天體演化的合理的推論。

英國著名數學物理學家彭羅斯證明了奇點的存在性,被稱為“奇點的存在性定律”。也就是説黑洞裏面那個點是一定存在的。

我們知道,一個點狀的物體非常類似於一個量子。所以黑洞既有宏觀物質的特性,又具有量子的特性,這就是為什麼物理學家都會把黑洞作為理論物理研究的一個焦點。

愛因斯坦是一位偉大的科學家。他對量子力學的發展也做出過巨大的貢獻,光電效應就是愛因斯坦發現的,並且他因此獲得了諾貝爾獎。

量子的糾纏也是愛因斯坦發現的,雖然愛因斯坦開始認為這種現象並不存在。

》但是,從總的來説,愛因斯坦的思維屬於經典物理的思維,萬物的性質是“內稟”的。

就是因為對於微觀粒子屬性的認識不同,愛因斯坦和玻爾,有了一個長期的爭論,這個爭論也是物理學的一個公案:基本粒子屬性到底是生來所具備的,還是因為物理學的研究給基本粒子添加上去的某種標籤?

玻爾其實是兩兄弟,大哥叫尼爾斯玻爾,也就是我們常説的物理學家的這個玻爾。弟弟叫哈拉德玻爾,他是一位數學家。


物理學家玻爾認為:微觀物質的運動屬性是因為物理學的觀測而被賦予的。這被稱為量子力學的哥本哈根詮釋。

那麼如何證明玻爾、愛因斯坦的觀點,誰對誰錯,就成了解決這個公案的實驗手段。

後來,愛因斯坦的“粉絲”貝爾為了解決自己的偶像和玻爾的爭論,提出了一個貝爾不等式檢驗。

現在的檢驗結果是玻爾是正確的!

》電子的最重要特性,就是圍繞着原子核做運動,正因為如此才組成了世界上的萬物。

我們手裏拿的腳底下踩的,看上去是實心的物體,實際上都是一堆電子。

除了電荷以外,電子在原子核外軌道上運行,可以用4個參數來描述,分別是:主量子數,角量子數,磁量子數,自旋數。

再次確認一下,電子是這樣一種東西:

它的體積是0;它的質量不是自身具有的,是希格斯場賦予的;電子的4個屬性是可以被拆分的。

》我們可以認為,電子就是一堆物理符號的組合。

正因為電子的質量不是自己內稟的,而是由外界賦予的,所以不會潰縮為一個黑洞。

這被稱為:自發對稱性破缺的西格斯機制。

如果我們把西格斯機制推廣到黑洞上面,那麼黑洞就會變成灰洞。


現在人類暫時只能做到:對基本粒子的屬性進行一定程度上的人為指派。

假如有一天,人類能夠任意指派任何物質的屬性。把一個雞蛋變成一個西瓜,或者把一個西瓜變成一塊石頭,難道這不是神話嗎?

也許是在上古的時候,人類曾經遇到過能夠指派物質屬性的高維度智慧生命,所以產生了那一系列的神話傳説。