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不同的尺子丈量不一样的世界

不同的尺子丈量不一样的世界

作者:尺子网友    来源:未知    发布时间:2021-03-04 00:07    浏览量:

我们丈量原子尺度的世界,用的是光子、电子、中子等微观粒子,就是因为在量子力学中,这些微观粒子的波长,和原子直径相当。我们或许可以利用能量更高的中微子来丈量微观世界,但是它和物质的相互作用很少,我们现有的探测工具极其难以测量到它,这正是中微子物理学需要不断发展的原因之一。不同尺度下的物理世界,是互相关联在一起的。
 
 
光子没有大小,但是(至少)有一个特征尺度(波长)(如果你为此困扰的话,我可以告诉你事实上电子的大小多大现在也是不知道的,但是电子也是有一些特征尺度的,而同时在量子场论中必须把电子处理成点电荷)除了光电效应以外,普朗克关于黑体辐射的解释也表明了光子的存在。如果有能量或者体积比电子光子小得多的观测工具,那真是不敢想象,无限小宇宙的测试将是一种什么样的结果。
 
 
最大尺度的宇宙学和最小尺度的粒子物理学又是相互联系的,犹如古希腊传说中的巨蟒沃若波罗斯咬住了自己的尾巴,不断循环往复生生不息。理解起来就是:我们生活的物理世界,用不同尺度来丈量的话,看到的现象是不同。还有一个更深层次的含义:不同尺度下的物理世界,又是互相关联和衔接在一起的。理解不同尺度的下的世界,最关键的,是寻找到和这个尺度相当的尺子。
 
 
为什么不同尺子丈量的世界是不同的?换句话说,不同尺度的世界,需要合适的尺子来丈量。例如,在我们的太阳系,我们看到恒星太阳、八大行星和一大堆小行星,用地球大小的尺度来衡量的话,那么必然是物质分布不均匀的。但是如果拓展到银河系,太阳不过其中上亿颗恒星里面极其普通的一位,整个太阳系对于银河系来说,不过沧海一粟,就可以把太阳系看似均匀的。
 
 
再拓展到整个宇宙,星系有无穷之多,星系之间的距离非常遥远,我们又可能等效认为宇宙中物质分布是基本均匀的。在宇宙的局域范围内,可以观测到物质分布的少量不均匀性,体现在微波背景辐射具有空间各向异性,主要就是暗物质和暗能量造成的。这个例子告诉我们,宇观尺度和宏观尺度的区别,显然我们不能用星系之间的距离这么大的尺子来衡量我们地球的半径。
 
 
同样,我们也不能用地球大小的尺子来丈量我们的星系或宇宙,这也是为何有光年等宇宙距离单位出现的原因。再举一个例子,如果有人跟你说范冰冰的身高是168 厘米,那么你应该可以接受。但是如果说范冰冰的身高是1682463987纳米,你心里也许就要打鼓了。显然,哪怕是一根头发或一粒灰尘在冰冰姐头上,都会引起这个测量数字极大的误差。这意味着,用更小的尺子比如纳米级的尺子,来衡量宏观的物体,是不合适的!

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