任何一个原子放大,里面都有一个星球,住着聪慧生物,是这样吗?

时间:2020-08-05 来源:星辰大海路上的种花家 栏目:科技

“一花一世界,一叶一菩提”,这佛语出自《华严经》,也是佛经中对世界本质的认知!随着二十世纪初对原子内部的认识,每一个原子内部都是一个小的“行星系”,因此也有人据此认为佛教早就洞察了宇宙的本源,那么将原子无限放大,真会看到一个我们这样的世界吗?

原子内部的“行星世界”

人类对原子的认识源自两千多年前的古希腊的德谟克利特时代,他仔细探讨了物质结构的问题,提出了原子论的思想,但当时的原子论仅仅是一种哲学思想!真正的原子认识要到19世纪初的道尔顿提出原子论来解释化学反应中的现象,当然道尔顿也只是知其然不知所以然!

JJ汤姆逊发现电子是一个巨大的进步,根据我们现在了解的原子行星模型理论,这已经发现行星了!那什么时候发现太阳呢?要到1909年卢瑟福的学生在做α粒子散射实验,发现α粒子绝大部分都“穿墙而过”,只有极小一部分被挡了回来,因此发现了原子核,这就是太阳所在!

此后卢瑟福提出了那个著名的原子行星模型理论,不过很快就遭到了科学界的反对,因为电子带负电荷,而原子核带正电荷,如果真的存在这样的模型,那么电子会在瞬间坠入原子核,原子结构崩溃!因为电子和质子中和后变成中子,然后15分钟左右后中子又将衰变(质子要到1920年被卢瑟福发现,中子要到1932年才被查德威克发现)。

量子力学下的原子模型

从卢瑟福发现原子核之后提出原子行星模型开始,量子力学也开始发展了,普朗克在更早一些时候因为解释黑体辐射而提出了最小能量子的概念,爱因斯坦则光电效应解释,此后的量子力学发展,就围绕着原子核外电子的性质展开!

泡利在1925年提出了泡利不相容原理,避免了电子坠入原子核造成世界毁灭!1925年,艾伦费斯特的两个学生乌仑贝克和古德施密特和德国物理学家拉尔夫·克勒尼希一起发现电子自旋,如果把电子当成行星的话,自转也发现了,不过电子是非常特殊的1/2自旋,也就是转两圈才能看到同一面!1927年海森堡在《论量子理论运动学与力学的物理内涵》论文中提出了不确定性原理,也就是电子的位置和动量不可能同时获知!

根据薛定谔方程,电子不仅具有不确定性原理,出现的方式还是概率云模式,也就是说电子会在它的能级上随机出现在任何位置,所以想要确认电子的位置不可能,只能确定它出现概率,比如我们只能知道它在这个位置上出现的概率是90%,即使99%它仍然是概率,不可能100%。

电子出现的方式

如果原子是一个微观版的行星系,那么行星具有哪些特性?

早期的原子模型都是卢瑟福的原子行星模型,中心是一个原子核,外围是环绕原子核的电子,非常直观,连小孩子一看都能理解,在八十年代国内出版的科普刊物中都是这样的描述,但它已经完成了历史使命,现在的原子模型是薛定谔的电子云模型!

假如把电子当成行星,那么它有哪些特性?

电子是第一个发现的基本粒子,它已经无法再分,如果把它当成行星,那么将会有很多有趣的性质,比如我们这个宇宙的能量释放形式,大都是通过电子的能级跃迁和跌落进行的能量释放,而且这个能量的释放是电子能级的整数倍出现的!

简单的说比如地球会在自己的轨道上吸收能量后突然跑到火星轨道上,然后那个轨道不稳定,又会跌落回自己的轨道上,并且释放出一个光子!

还有一个特性则是它的不确定性原理和电子云模式,比如地球上要发射一个探测器到火星,那么它只能出去,再也无法回来,因为出去后再也无法确定电子的位置在哪里,速度如何同步?因为这两个无法同时获知,而且即使确定了位置,也只是一个概率,因此1969年阿姆斯特朗登上月球,要返回地球时候,再也找不到地球了,因为整个地球轨道上都是概率模式出现的地球!

当然还有个奇怪的现象,比如飞船好不容易返回了地球的轨道,要溅落大西洋,但这轨道如何计算?因为1/2自旋要自转两圈才能看到一次大西洋,这是什么鬼?估计阿姆斯特朗就懵逼了!

所以微观和宏观是无法等同的,因为这是两个完全不同规律的世界!

延伸阅读:刘慈欣的《微观尽头》

《微观尽头》是刘慈欣发表在1999年6月第6期《科幻世界》上的一个短篇,尽管字数不多,但揭示了一个轮回的宇宙,大意说的是 人类制造了一个150千米周长的加速器,将粒子加速到了10^20GeV,试图击碎夸克,结果奇怪的事情发生了,天空变成了乳白色,星星则成了小黑点,宇宙反转成了负片!

走到微观尽头时,就会回到宏观,击碎了人类发现的、组成物质的最小基本单位费米子夸克,其力量将会反作用到最大的结构宇宙上!

当然这只是一个大刘在科幻小说中的描述,不得不说这是一个非常具有开创性的思维,但它却无法用来指导科学研究,微观就是微观,它可以影响宏观,但它却不会和宏观形成循环!

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