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  • 1 # 量子小飛豬

    光子沒有大小,但是(至少)有一個特徵尺度(波長)(如果你為此困擾的話,我可以告訴你事實上電子的大小多大現在也是不知道的,但是電子也是有一些特徵尺度的,而同時在量子場論中必須把電子處理成點電荷)除了光電效應以外,普朗克關於黑體輻射的解釋也表明了光子的存在(黑體輻射輻射的就是光子,只是普朗克不知道)

    如果有能量或者體積比電子光子小得多的觀測工具,那真是不敢想象,無限小宇宙的測試將是一種什麼樣的結果。

  • 2 # 飛賊克斯和康德馬特

    這是一個非常深刻的物理問題,其實可以用初中物理課本扉頁上的第一張彩圖來解釋。在這張圖裡,展現了不同尺度下的物理世界,最大尺度的宇宙學和最小尺度的粒子物理學又是相互聯絡的,猶如古希臘傳說中的巨蟒沃若波羅斯咬住了自己的尾巴,不斷迴圈往復生生不息。理解起來就是:我們生活的物理世界,用不同尺度來丈量的話,看到的現象是不同。還有一個更深層次的含義:不同尺度下的物理世界,又是互相關聯和銜接在一起的。理解不同尺度的下的世界,最關鍵的,是尋找到和這個尺度相當的尺子。

    為什麼不同尺子丈量的世界是不同的?換句話說,不同尺度的世界,需要合適的尺子來丈量。例如,在我們的太陽系,我們看到恆星太陽、八大行星和一大堆小行星,用地球大小的尺度來衡量的話,那麼必然是物質分佈不均勻的。但是如果拓展到銀河系,太陽不過其中上億顆恆星裡面極其普通的一位,整個太陽系對於銀河系來說,不過滄海一粟,就可以把太陽系看似均勻的。再拓展到整個宇宙,星系有無窮之多,星系之間的距離非常遙遠,我們又可能等效認為宇宙中物質分佈是基本均勻的。在宇宙的局域範圍內,可以觀測到物質分佈的少量不均勻性,體現在微波背景輻射具有空間各向異性,主要就是暗物質和暗能量造成的。這個例子告訴我們,宇觀尺度和宏觀尺度的區別,顯然我們不能用星系之間的距離這麼大的尺子來衡量我們地球的半徑,同樣,我們也不能用地球大小的尺子來丈量我們的星系或宇宙,這也是為何有光年等宇宙距離單位出現的原因。再舉一個例子,如果有人跟你說范冰冰的身高是168 釐米,那麼你應該可以接受。但是如果說范冰冰的身高是1682463987奈米,你心裡也許就要打鼓了。顯然,哪怕是一根頭髮或一粒灰塵在冰冰姐頭上,都會引起這個測量數字極大的誤差。這意味著,用更小的尺子比如奈米級的尺子,來衡量宏觀的物體,比如人的身高,是不合適的!我們丈量原子尺度的世界,用的是光子、電子、中子等微觀粒子,就是因為在量子力學中,這些微觀粒子的波長,和原子直徑相當。我們或許可以利用能量更高的中微子來丈量微觀世界,但是它和物質的相互作用很少,我們現有的探測工具極其難以測量到它,這正是中微子物理學需要不斷髮展的原因之一。

    不同尺度下的物理世界,是互相關聯在一起的。這一點其實很容易理解,因為大尺度的物理世界,當然還是由更小尺度的物體來組成的。星系由多個恆星系統組成,地球由多種物質組成,人類由多個細胞組成,細胞由多個原子組成。沒有更小尺度的物體,就不會有更大尺度的世界。這些不同尺度的世界在結構上是互相關聯環環相扣的,即使是最小尺度的微觀粒子,又是和最大尺度的宇宙銜接在一起的。因為許多粒子就產生在宇宙誕生之初,我們世界微觀粒子的組成,決定了宇宙過去、現在和未來。

    但是,更大尺度的世界基本規律,又不是簡單由更小尺度物體疊加而成的,換句話說,一加一是遠遠大於二的。因為必須考慮物體之間的相互作用,它們之間複雜的相互作用,也是構成這個世界最重要的部分。這個觀點在物理學中叫做層展現象,就是你在更大尺度下觀測到的現象,在更小尺度的物體中,是觀測不到的。或者說,你在更小尺度物體中觀測到物理現象,在更大尺度的物體中,未必存在。一個最簡單的例子就是量子特性,我們都知道在微觀世界的粒子,它們具有波動性,比如穿過有序排列的原子晶格會出現衍射條紋。但是在宏觀的世界裡,我們根本感受不到粒子的波動性,因為熱量和粒子之間的相互作用,遠遠比微觀粒子波動性的能量尺度要大,它們就無法出現波動性。同樣,為何一個人不能因為波動性而發生量子隧道效應穿牆而過呢?那是因為宏觀人體的波動性,幾乎可以忽略不計。

    所以,如果能找到比現有微觀探測粒子能量更高且尺度更小的東西,來測量我們的原子或亞原子世界的話,我們看到的現象,是不同的。但這種不同,又不能說明我們認識的量子物理世界的本質,因為尺子的度量是不對的。

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