在现实世界之中,两个物质之间的距离能有多远呢?你可能马上会想到天体与天体之间的距离,是的,在茫茫宇宙之中,两个天体之间的距离是非常遥远的,即便是与地球最近的月球,也与我们相距38万公里之遥,而在太阳系之外,天体之间的距离动辄便要以光年来进行计算。

在宏观世界中,两个物质之间的距离可以用遥不可及来形容,而在微观世界中,这种现象同样存在。什么是微观世界呢?平日里说到长度单位,我们马上就会想到千米、米、分米、厘米以及毫米,这些长度我们都可以使用常用的工具来进行准确的测量,而如果长度单位变得更小,我们就无能为力了,我们不仅无法目测,甚至于根本就看不见它们,比如微米和纳米,这就是微观世界。如果想要测量一个纳米级物体的长度,就必须要使用特制的仪器。

在宏观世界中,“一滴水”可以完美诠释“小”的定义,而就在这一滴水中,却可以容纳下一个我们所难以想象的世界。

细菌是我们用肉眼无法直观看到的微小生命形式,而就在这一滴水之中,可以容纳的大肠杆菌数量在5000个之多。

病毒是一种比细菌更小的“生命”,之所以打上引号,是因为病毒到底是不是生命,目前还存在着争议,而在一滴水之中,可以容纳的病毒数量超过2亿。病毒很小,但再小,它也是一团遗传物质,所以是无法与单个分子相比的,所以水分子的体积要比病毒小得多,那么一滴水是由多少水分子所组成的呢?一滴水中大概包含了2万亿亿个水分子。对于我们而言,水分子太小了,根本无法用肉眼看到,但科学家们已经通过特制的仪器测量出了水分子的直径,约为0.4纳米,而1纳米等于10的-9次方米。

水分子极小,但并非物质的最小形态,它是由两个氢原子与一个氧原子所组成的,也就是说一滴水之中包含了2万亿亿个氧原子和4万亿亿个氢原子。

氢原子有三个同位素,分别为氕、氘、氚,氕原子核中只有一个质子,所以它就是世界上最小的原子。氕虽小,却仍不是物质的最小形态,因为它是由一个质子和一个电子所组成的。氢原子的直径约为0.1纳米,那么是不是说质子和电子的直径在0.05纳米左右呢?并不是。首先,电子与质子的体积相差十万八千里,如果说质子是一个足球场的话,那么电子顶多也就是足球场上的一个足球,其次,电子与质子相加,并不等于一个氢原子。

如果说电子是一个足球,而质子是一个足球场,那么整个氢原子就可以算得上是一个地球了。

氢原子之中只有一个质子和一个电子,为什么氢原子的体积会比质子和电子大了这么多呢?除去质子和电子之外,剩余的部分是什么呢?是空间,在质子和电子之外是看似什么都没有的空间。氢原子已经小到直径仅有0.1纳米了,而氢原子中的质子更是小得不成样子,直径约为1.7乘以10的-15次方米,而电子的大小只有不到质子的千分之一。

电子作为一种基本粒子,可以说是物质的最小形态了,但它的大小并不代表最小的长度单位,也不代表理论上最小的体积单位。那么宇宙中最小的长度单位和最小的体积单位能够小到何种长度呢?我们将最小的长度单位称为普朗克长度,将最小的体积单位称为普朗克单位。

普朗克时间是宇宙中最小的时间单位,为10的-43次方秒,比这个更短的时间没有意义。

光速代表了宇宙间最快的速度,而光在一普朗克时间所移动的距离即为普朗克长度,约为1.6乘以10的-35次方米。如果说普朗克长度就是一粒米的话,那么一个质子的大小比整个地球还要大得多。当我们以普朗克长度作为边长构筑一个立方体,这个立方体的体积就是最小的体积单位,即为普朗克单位。

那么普朗克单位到底有多小呢?我们可以举一个形象的例子,假设真的有普朗克单位大小的物质,那么一个氢原子对于这个物质而言,就相当于一个宇宙。所以在尽情释放我们的想象力的时候,我们会幻想我们所生活的宇宙其实可能就是一个原子,这真是十分的有趣。

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来源: 原创

氢原子由质子与中子组成,但它的体积远超二者,物质能有多小?

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在宏观世界中,“一滴水”可以完美诠释“小”的定义,而就在这一滴水中,却可以容纳下一个我们所难以想象的世界。