2020年8月28日 星期五

世界上最小的長度 (不是奈米,屌!)


你能想像世界上最小的東西能有多小?

是細菌? 是原子?

古人說「至大無外, 至小為內」

宇宙已知最小長度到底有多小?


先看看你身邊的東西 ,例如來到外澳海灘


遠方的龜山島,東西向寬3.1公里,南北長1.6公里


讓我們縮小一個數量級。

這是鼩鼱科(ㄑㄩˊ ㄐㄧㄥ), 已知陸地上發現的最小哺乳動物, 跟雞蛋一般大小



讓我們比人類小一千倍,大約一毫米。

在這裡,你將發現如沙粒般的東西,可能在你的床上四處爬行的塵蟎,它們喜歡吃死皮細胞。



如果你早上覺得發癢,那可能是罪魁禍首。

通常無法用肉眼看到它們。


讓我們比這小一千倍。

現在比人類頭髮寬度小一百倍。

細菌。在這裡,我們將找到大型病毒之類的東西。



與細菌(其中99%無害)不同,絕大多數在體內病毒都會使人生病。



而且我們的抗生素對病毒完全無效。

如現在肆掠全球,讓數億人無法出門工作是因為外型像皇冠般的病毒




繼續比這小一千倍。

這是奈米,即十億分之一米。

光學顯微鏡看不到的世界。

大約是DNA分子大小,這是地球上所有生命的藍圖。


這是分子的尺度,例如身體能量來源的葡萄糖分子,



比這小一千倍。

這是一米的萬億分之一,這是伽馬射線波長的尺度。



這是能量最高的電磁輻射,由最多能量的光子組成。

伽瑪射線在核爆炸和高能宇宙學現象(例如恆星爆炸)期間發出,就在它們坍塌成黑洞之前。


讓我們比這小一千倍。

1 x 10 ^ -15 m或1萬億分之一米。

這是組成原子的質子和中子核的粒子大小。

典型原子的大小是原子核的十萬倍。

因此,如果原子大小等於足球場的大小,原子核像當彈珠般大


你可能會認為我們正在接近最小的尺度

從理論上來說存在普朗克長度。

要比這再小十萬倍,或者說1 x 10 ^ -35米。

如果一個原子等於地球的大小,普朗克長度將小於原子的大小, 約是質子大小。


普朗克長度實際上是從宇宙的四個基本常數得出的,

其定義的起源僅來自自然本質而不來自任何人造的

這四個常數定義了時空的特性,

即光速C, 表示宇宙中最快的通訊速度。299 792 458  m⋅s -1

重力常數G, 表示兩個物體之間的重力大小。6.674 30(15)× 10 -11  米3 ⋅kg -1 ⋅s -2

約化普朗克常數h-bar,它根據光電效應定義的將光子電磁波頻率與光子攜帶多少能量聯繫起來。

玻爾茲曼常數ķ 是有關於溫度能量常數


實際上,這些是唯一定義宇宙基本屬性及所有內容的常數。

因此,如果我們採用基本常數的單位進行數學運算,

我們可以得出一個長度,這是普朗克長度。

{\displaystyle \ell _{P}={\sqrt {\frac {\hbar G}{c^{3}}}}\cong 1.616229(38)\times 10^{-35}}公尺


通過類似的數學操作,還可以獲得普朗克時間和普朗克能量。

但是,普朗克長度實際上是什麼意思?它代表什麼?為什麼重要?

在普朗克長度的距離範圍,重力預期開始會展現量子效應

它是弦論中弦的大小。

在迴圈量子重力理論中,是時空被量化的尺度。


為什麼這是最小的長度?

為什麼還沒有其他數字呢?主要是因為它來自宇宙的基本常數。

利用已知的量子力學定律和重力定律,不可能精度確定小於普朗克長度的物體的位置。

因此,從目前有關量子力學的知識來看,小於普朗克長度的長度沒有任何意義。

請注意,是“已知的定律”。

在長度小於普朗克長度的情況下,重力或量子力學的行為可能會完全不同,我們尚未了解。

由於我們還沒有量子重力理論。

在找出如此小規模的情況之前,我們需要等待下一個愛因斯坦向我們揭示。


關於普朗克長度的一項非凡的事情是,由於它是從宇宙的基本常數,

根據定義,該常數適用於所有事物,

因此無論使用哪種語言,使用何種單位,該長度都將相同 即使你來自其他星球。

如果我們遇到來自另一個世界的外星人,

我們將擁有宇宙中相同的最小長度。

因此,對於那些外星人,我們已經有了一種通用的語言,。


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