在很多科幻電影中,都有這樣的情節:一個人被一根很細很細的線快速切割,在這個人還沒有被反應過來的時候,他的身體就已經被分成了兩半,這種很細的線可能是鐳射,也有可能是某種堅硬的金屬線。
在現實世界中,也會有類似的事情發生,比如嶄新的a4紙總能在不經意間割破手指,這是因為嶄新的a4紙邊緣很薄,手指和紙的接觸面積很小,這個時候產生的壓強就會更大,再加上一個恰到好處的角度和速度,就有可能割破我們的手指。
宇宙中的一切都是由各種基本粒子組成的,人類這樣的生命也是由各種基礎的生命大分子組成的,假如有一根很細很細的線,比如直徑0.1奈米,這根線比我們體內的絕大多數細胞還要小,那麼假設這根線快速切割人體,還會和A4紙一樣,對身體造成傷害嗎?
1奈米是0.000001毫米,這個長度甚至比很多細菌還要小,而0.1奈米這個長度要比我們常說的奈米級長度更短,奈米級別的材料一般是指1奈米~100奈米之間這個距離,從材料學的角度來看,長度越小就代表加工的精度越困難,而從奈米尺度開始精細製造的材料往往強度更高效能更好。
1奈米,已經比人體體內絕大多數的細胞更小,甚至比蛋白質還要小很多,而0.1奈米這個尺度要比人體身體內的基礎結構還要小,從理論上來說,想要製造出一根0.1奈米的線,再讓這個線具備一定的強度和剛性,幾乎是一件不可能的事情。
理論上來說,這麼細的線用常規的材料,是不可能實現“快速切割”的,只能十分緩慢地“穿過”。同時,這根線在切割不同物體時會造成不同的效果,我們可以想象一下,用菜刀切石頭固體時十分困難,但是切割這樣的流體時,十分輕鬆就可以穿透流體,隨後流動性又會讓流體復原。
假設真的存在一根0.1奈米的線,我們先忽略這根線的材質,來思考一下在這個尺度下,人體的細胞是固體還是流體。其實這個尺度下,我們身體內的結構大多數都是具備流動性的,就算這根線切過我們的身體,也大機率不會造成任何傷害。並且在分子和原子之間還存在著“範德瓦爾斯力”,這是一種分子尺度下的相互吸引力。
假如人體在瞬間被這根0.1奈米的線“切割”成了兩半,分子間作用力也可以保證身體不會斷成兩半,而是仍然會保持原樣,而我們體內大多數細胞都是和這根線“擦肩而過”,或者被這根線給撞開了,就算會造成一些傷害,也是可以忽略的。
其實只要線足夠細,就算金屬也可以不造成傷害,畢竟任何物質都是由各種最小的單位組成的,只要這根線比組成金屬的原子更小,就可以在不傷害金屬結構的情況下穿過這個金屬。
從微觀的角度往往可以解決宏觀層面無法解決的難題,但是想要從奈米級別入手,對技術的要求更高。在日常生活中,其實每秒都有大量的基本粒子穿透我們的身體,甚至是直接穿透地球。
太陽每秒都會釋放出大量的“中微子”,這種基本粒子具備很強的穿透性,並且和其他粒子發生相互作用的機率很低很低,幾乎可以忽略。因為中微子足夠輕,比電子還要輕很多,所以中微子移動的速度接近光速,我們可以把中微子理解為一根線,其實每秒都有無數的中微子“切割”我們,但是不會對我們造成任何傷害,我們也沒有任何感覺。
奈米很小,中微子也很小,那麼宇宙中是否存在一個最短的長度單位呢?答案是存在的,物理學中最短的長度單位是“普朗克長度”,普朗克長度是最小的物理尺寸,比這個尺寸更小的長度是不存在的,因為比這個尺寸還小時,人類的物理定律就會不再適用,一切都會失去存在的意義,所以普朗克長度就是宇宙中最小的長度。
我們熟知的物質世界,是無數的基本粒子組合成的,最小的長度單位就像是積木一樣,組合成了這個複雜多變的宇宙。