《莊子·天下篇》中有述:“一尺之捶,日取其半,萬世不竭”!戰(zhàn)國,即先秦時期,一尺約等于現(xiàn)在的23.1厘米,大意是一塊23公分長的木棍,每天砍下一半,永遠都砍不完!形象的說明了物體細分是無窮盡的!但事實上真的是這樣嗎?可以永遠的砍下去?
一、物質的最小單位是什么?
原子是化學反應中不可再分的最小單位,后來我們知道了原子的標準模型后,才知道化學變化改變的是核外電子中最外層電子的分布方式,而對于內(nèi)部的原子核并不能觸及!
1、發(fā)現(xiàn)原子核
對于發(fā)現(xiàn)原子核,還有一個比較有意思的事情,盧瑟福為了驗證湯姆遜的原子模型,他在1911年設計了一個實驗,如圖所示,周圍一圈是感光材料,而中心則是金箔,在金箔的正前方則是一個α粒子發(fā)生器!
假如按照湯姆遜的模型,從理論上來看α粒子應該徑直穿過原子核揚長而去,進而在金箔的另一端的感光材料上留下它們的印記!
但事實上結果出乎盧瑟福的預料,因為絕大部分的α粒子都穿過了金箔,但有少數(shù)粒子發(fā)生了偏轉,有極少數(shù)偏轉角度很大,甚至有被彈回來的!
這很簡單的說明了一個事實,原子內(nèi)部大都是空的,中心擁有一個致密實體,否則α粒子不會被彈回,因為α粒子本身就是兩個質子和兩個中子構成的帶正電高速氦四原子核!在α粒子散射實驗后,盧瑟福提出了自己的原子核原子模型!
2、發(fā)現(xiàn)質子與中子
1918年盧瑟福在擔任卡文迪許實驗室主任時,用發(fā)現(xiàn)原子核的α粒子轟擊氮原子核,他發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的現(xiàn)象,感光器件記錄到了氫核的跡象,盧瑟福意識到這個氫核的唯一來源是氮原子核,強大的α粒子撞擊分裂了氮原子核,他將其命名為Proton,這就是質子的來歷,盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子以后,還預言了不帶電的中子!
質子質量:1.672621637×10^-27 千克 直徑:1.6-1.7×10^-15千克,
中子質量:1.6749286 ×10^-27 千克
3、發(fā)現(xiàn)夸克
自從科學家發(fā)現(xiàn)質子以來,就折騰了一系列的加速器來操練質子,希望能在質子的基礎上更進一步,發(fā)現(xiàn)更小的基本粒子,但很可惜,封閉質子的力量是如此強大,以至于根本打不開質子,但至少知道了撞擊時會有三個散射強度!當然現(xiàn)在我們已經(jīng)知道這是夸克緊閉的現(xiàn)象, 夸克不能被直接觀測,或是被分離出來,只能通過對強子的觀測間接來觀測內(nèi)部的結構(質子和中子是最穩(wěn)定的強子)!
4、標準粒子模型
從1897年湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子,到1911,和1918年盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子核和質子與中子,再到五六十年代發(fā)現(xiàn)200多個強子,再在加速器的幫助下發(fā)現(xiàn)夸克.....基本我們發(fā)現(xiàn)的粒子已經(jīng)湊一個模型了!
如同抽絲剝繭,最終發(fā)現(xiàn)的位置到達了夸克的世界!那么我們總共發(fā)現(xiàn)了哪幾類粒子呢?
上圖標準模型中有兩大類粒子,一類是費米子,表示的是物質最小不可分割部分,即構成物質的最小單位!而另一類則是規(guī)范玻色子,這一類粒子起到傳遞力的作用,比如膠子連接上下夸克構成質子,光子則傳遞電磁作用,W和Z玻色子傳遞弱相互作用!簡單的理解,費米子就是磚塊,而玻色子就是水泥漿,我們宏觀世界的物質大廈就是由這些小東西連接起來的!
但有一點必須要提醒一下,盡管磚塊與水泥是大廈中必不可少的材料,但宏觀世界中磚塊明顯要比粘合的砂漿質量要大,但在微觀世界卻是相反的,因為構成質子和中子的上下夸克都是輕夸克,三個夸克的質量遠小于其構成的質子,質量來自何方?粘合夸克的膠子,甚至核聚變和裂變的能量真正的源頭也在膠子!
5、電子還能再分嗎?
從基本粒子模型中我們可以知道,電子是費米子,也就是不可再分基本粒子,因此電子就分布下去啦!
二、一尺之捶,日取其半,多久到達最小單位,無法再分?
假設我們用砍刀,切開物質用的電磁力,因此從理論上來看,到原子就不可再分了,因為要分開原子核,用砍刀這種電磁力可不行!那么幾天砍下來就到原子了呢?
一尺之捶=0.231米
原子直徑=10^10米
那么大約需要 31.105245706天,也就是砍一個月,就砍到原子了,理論上還可以砍,但事實上砍刀能輸出的能量遠遠不夠了!
三、古代就知道了無窮盡的微觀世界,那是也有科學嗎?
佛學《華嚴經(jīng)》中的“一花一世界,一葉一菩提”,與“一尺之捶,日取其半,萬世不竭”有異曲同工之妙,其大無外,其小無內(nèi),只是中國古代對于境界的最高認知,但僅此而已,并沒有更進一步,也許局限于當時的時代背景!現(xiàn)代科學也就四百多年的歷史,各位不要認為很久了,在種花家看來,才剛剛起飛而已!