@ 2012.09.22 , 09:13

宇宙最小的物质是什么

宇宙最小的物质是什么?这个旷日持久的问题,其答案伴随人类科学发展而不断进化。人们曾一度认为我们肉眼能见到的沙粒是最小的物质。原子的发现被一度认为是不可分割的,直到它被分裂,发现原子内部分为质子,中子和电子。同样,这三种粒子似乎也被认为是最基本的粒子。但之后科学家发现质子和中子是由三种夸克组成。一位名叫 Andy Parker 的物理学家说:“现在我们不能找到任何证据证明夸克中内部还存在其他物质。我们是否已经找到了事物的最基本组成物质。

即使夸克和电子是不能再被分裂的,科学家们还是不能确定它们是否是存在于世界最小的物质,或者宇宙中还有更小的物质存在,Parker 说。

Parker 是一位来自英国剑桥大学的高能粒子物理学教授,最近在英国 BBC 两个频道主持了一个特别节目——“限度:宇宙有多小?”。

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线或点?
在试验中,很小的,极小的粒子如夸克和电子似乎是一个没有多余空间布局的单独的点。但是点状物体使得物体组成的规律变的复杂,因为你可以得到一个点无限接近,作用于它的力量又可以变的无限大——科学家们恨无穷大。

超眩定理可以解决这个难题,这个理论假定所有的粒子都不是点状而是一串串小的环状。没有任何东西可以无限接近一个圆环,因为它总是比较接近一个较另一个而言。这个“圆孔”的出现解决了一些无限大的问题。这个观点吸引了物理学家。但是没有科学家能做出实验来证明超眩定理是错误的。

另一个解决这个点问题的方式,说空间本身是不连续的和平滑的,但实际上是由离散的像素或者颗粒,有时也称为空间—时间的泡沫。假如是这样,2个粒子就不能无限的相互接近,因为它们总是被分搁在空间的最小的一个颗粒单位尺寸里。

奇点
另一个竞争理论标题为宇宙中最小的物质是黑洞中心的奇点。当物质被浓缩在一个足够小的空间时候转变为重力,导致物质不断向内外靠拢,最终凝聚形成一个无限大密度的单点而形成了黑洞。至少,这是根据现有物理学定律得出的。

但是大多数专家认为黑洞的密度不是无限大的。他们认为,这种无限是广义相对论和量子力学这两种统治物理学理论的内在冲突的结果。当能量子引力学理论能用公式表达,那么黑洞的真实性质将被揭示。

“我的猜测是,黑洞奇点是比夸克更小了很多,但我不相信他们的密度无穷大,”Parker 告诉 LiveScience。“最有可能的,他们甚至是数百万亿次甚至更多的比小于见过这么远的距离,我们的”。

这将使奇点在大小上基本等于超弦,如果它们存在的话。

普朗克长度
超弦,奇点,甚至宇宙的颗粒都可以用普朗克长度来表示其大小。

一个普朗克长度是1.6×10-35米(16前面加上34个零和小数点)-一个不可思议的量度单位能将物理学各方面联系起来。

普朗克长度远小于任何仪器能测量刻度,除此之外,它还被认为是代表可测量长度最短的理论极限距离。据不确定性原理,还没有仪器能够测量更小的东西,因为在这个范围内,宇宙是概率性的和不确定的。

这一刻度也被认为是广义相对论和量子力学之间的划界线。

“它对应的距离相当于拥有足够大的引力场能够将黑洞中的能量移出。”Parker 说,“我们期望能用量子力学引力表达一切。”

也许宇宙中所有最小的东西是差不等于普朗克长度。本文译自 LiveScience,由译者 雨衣甘蓝 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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