原子放大1亿倍会怎样,其结构如何,是宇宙的缩影吗? 如果把原子放大10亿倍,将会看到什么?

www.zhiqu.org     时间: 2024-06-01

有人说,一个原子放大1亿倍就是一个宇宙,现在我们就生活在这样的原子里。这种说法没有任何根据,但代表了不少人的想法,有必要正本清源地说一说。

这个问题已经不是科学问题,而是心灵鸡汤的延伸。

许多人崇信所谓一花一世界,一叶一菩提的佛学境界。其实这里面蕴含的是一些哲学道理,它告诉人们在小的事物中,同样可以看到大事物的一些规律。如果能够正确认识到这些道理,可能对人生有点好处,但如果滥用,就堕入阿鼻地狱了。

就如哲学中解剖麻雀的道理一样,叫麻雀虽小,五脏齐全。

就是说,我们解剖一个麻雀,也能够看到其内脏是个啥样子,从而推演到类似的鸟类都差不多。但有人一定要推广到所有的动物都差不多,就成为谬误了。

总不能认为解剖了一只麻雀,就知道了整个世界吧?比如麻雀的五脏会与老虎、大象一样吗?会与蚂蚁蚯蚓一样吗?会与细菌病毒一样吗?世界之大,超乎想象,一花就是一花,一叶就是一叶,不能划等号。

原子放大后的样子

现在我们来说说科学问题。

宇宙是我们所有事物存在的时空物质总和,我们所指的一切事物,都包含在宇宙中,而宇宙一切常见物质都是由原子组成的,原子是保持物质性质的最小单位。什么样的原子就能够组成什么样的物质,不同的原子组合会改变物质的性质和状态。

原子由原子核和核外电子组成,原子核由质子和中子组成,电子带负电,质子带正电,在一个原子中,质子所带正电数与电子所带负电数相等,因此原子在一般情况下呈中性。一个原子失去部分电子时,就成了离子,带有正电荷。中子呈中性不带电,在原子核中起着稳定平衡作用。

中子和质子并非基本粒子,而是由3个夸克组成。但夸克已经是基本粒子,是无法独立处在,也是不可再分的。

我们解剖一个原子,可以联想到其他原子也差不多。但联想到分子就已经越界了,联想到一叶一花这种复杂的物质,甚至还拿它比喻宇宙,就无法理喻毫无道理了。

即便简单按大小来比,一个原子直径约10^-10m,也就是约0.1nm,1000万分之一毫米。如果按照原子的直径放大1000万倍,这个原子就有1mm大小,放大1亿倍,就有1cm大小。1个1cm大小的原子就能够与宇宙比?太夸张了吧。

能不能与宇宙比还在于其复杂程度和运行规律完全不一样。

可观测宇宙缩小后的样子

首先说说宇宙之大。

科学界现在认为宇宙有465光年可观测半径,这还是可观测宇宙,也就是从理论上来说,人类可以观测到的宇宙范围。而宇宙有两个不可观测范围,这就是过去视界和未来视界。

所谓过去视界是指在宇宙大爆炸开始的38万年内,无法观测到的世界。

大爆炸初始阶段,由于极端高温高压,宇宙处于不透明状态,电磁波也无法脱耦。啥叫脱耦?文绉绉的说就是“将抽象同现实之间的强关联关系变为弱关联关系”,通俗点说就是电磁波还无法从宇宙的高温高压中形成并溢出来,而人类是依靠电磁波观测世界的,既然那个时候宇宙还没有电磁波,对于人类来说就是黑暗的,看不到的。

这个过去视界的宇宙有多大呢?谁也不知道,不过科学界有一个估计,就是在大爆炸发生后的10^-35s时,发生过一次暴涨期,虽然时间只经历了10^-33s,但加速却达到100次加倍,2^100次加倍。这个膨胀的结果是怎样的呢?我们简单算一下,如果宇宙在暴涨前已经达到了1mm直径,经历10亿亿亿亿分之一秒第一次暴涨后,宇宙就膨胀到了直径为1340亿光年,比现在的可观测宇宙大多了。

或许暴涨前宇宙还没有1mm,或许不止1mm,都是未知数。但至少可以说,过去视界的宇宙不会是一个很小的范围,或许是一个比可观测宇宙还要大的空间也未可知。

而人类现在观测到的宇宙样子,是宇宙大爆炸38万年后的样子,这就是上世纪最伟大的科学发现之一~宇宙微波背景辐射。38万年后,可见光依然没有脱耦,人类还不能直接看到宇宙的样子,但通过电磁波可以探测到微波背景辐射,就是宇宙大爆炸冷却下来后的余烬。

那么,未来视界又是一个什么东西呢?这是基于科学家们发现,宇宙膨胀依然在加速。埃德温·哈勃根据星系光谱红移,发现了宇宙膨胀规律,膨胀速度是与距离呈线性提升,而且各向同性,由此得出了哈勃定律,表达式为:Vf = Hc x D,其中,Vf表示宇宙膨胀速率,Hc表示哈勃常数,D为星系距离。测得哈勃常数,根据这个公式,就可以计算出宇宙膨胀速度。

根据这些年测得的宇宙常数约为75km/s·Mpc计算,在可观测宇宙半径465光年的边际,宇宙膨胀叠加速度超过光速3倍多,这样在距离我们130多亿光年,宇宙膨胀超过光速的地方,就会形成一个未来视界,人类的目光所及只能到达那里为止,再远一些的星光就永远也到达不了我们的视网膜。

因此宇宙不但可观测宇宙达到465亿光年半径,还有两个无法看到的不可观测宇宙,这两个不可观测宇宙很可能大于现在宇宙,这岂是一个原子能概括的?别说放大1亿倍,再怎么放大也不可能与宇宙相比。

哈勃空间望远镜拍摄的宇宙极深场照片,里面包含1万个星系

我们再来说说宇宙复杂性。

上图是哈勃空间望远镜曝光200万秒,用2000张照片合成的宇宙极深场照,只占天区的12700000分之一,里面就藏着10000个星系,每一个最小的亮点都是一个星系。

宇宙的复杂性与原子完全不可同日而语。虽然原子和宇宙万物运行所遵循的都是四种基本力,但原子与宇宙遵循的力侧重是不一样的,原子层面,更多的是遵循强力、弱力和电磁力;而宇宙万物宏观层面,遵循更多的是引力、电磁力,当然也包括强力、弱力。因为原子本身就是宇宙的组成部分。

宇宙天体多种多样,如奇点、黑洞、中子星、白矮星、恒星、星云、星团等等,天体结构有星系、本星系团(群)、超星系团、宇宙大结构等等,每一种天体类型里面又包含了很多种类的分支结构,而这些所有看得见的天体结构,只占宇宙质能总量的4.9%,95.1%的宇宙质能是看不见的暗物质暗能量,而且后者主导着整个宇宙的生与死,也就是膨胀和收缩的博弈。

即便一个小小天体,也由复杂的物质组成。比如地球上就有118中元素,有亿万种生物,每种生物都有不同的结构,有着不同的生长死亡规律。

而原子是一个最简单的基本单元,虽然对于深层次量子问题,还有许多奥秘没有解开,但原子这么简单的事物,怎么能够与复杂的宇宙相比呢?难道解剖了一个原子,就可以了解宇宙,就不需要观测和研究宇宙了?

实际上,这种类比犹如网络上的心灵鸡汤。

实质是把科学研究和发现简单化、庸俗化、虚无化。这让我想到网络上一些人,常常打着什么古代先贤知道了阴阳五行、无中生有等哲理,就宣扬先人早就洞悉了宇宙奥秘,说什么如今的宇宙科学发现,不过是证明了他们的理论而已等等。

其实这些古人说法只不过是对世界的一些领悟和看法,是一些大道理,有一定的逻辑性而已。但这些大道理可以指导人树立某种看待世界和做人做事的方法,决不能代替具体的科学研究。有人把这这些等同于科学研究,甚至认为只要学好这些就什么就知道了,这实际上是背道而驰。

如果按照这种思维,现在所有的科学都无须研究了。

我们如今的幸福生活,我们乘坐的飞机高铁,用的手机看的电视,都是依靠具体科学发现和研究得来的,绝不是知道了这些古人说法就自然而然得来的。

由此我们可以看看朋友圈发的许多心灵鸡汤,说得多么大义凛然和高尚,但不同场合相互充满了矛盾,根本就是唱高调。对比一下所谓儒家千年追崇的一些语录,以及一些大人物、国学大师的演讲,与这些心灵鸡汤何其相似和契合。

事实上我们今天享受的幸福生活,都是科学发现发明推动下赋予的,与这些心灵鸡汤毫无瓜葛。希望有这种情结的朋友想一想,可能就会大梦初醒,知道要真正的去养鸡才会有鸡汤喝。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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把原子放大无数倍就是另外一个宇宙吗?~


把原子放大到无数倍会不会发现另一个宇宙?现在网络上充斥着这种问题。“一花一世界,一叶一菩提”,本来是佛教中蕴含的一种哲学观点,里面有辩证法的成分,就是说再小的事物,也有世界的缩影在里面,可以帮助人们在认识世界的时候,不要忽略小的地方,全满思考问题。
这些哲学观点是世界观和方法论,可以一定程度的知道我们认识世界。但一些人哲学没学好,倒把这些属于方法论的说法强加在了自然科学里面,就大错特错了。
如果一直这样的钻牛角尖下去,就会变得神神叨叨,害己害人。
比如这个问题,本身就既不眼睛又不科学。
把原子放大无数倍,这个无数倍是多少倍?我们知道当把一个物质放大到若干倍时,就可以看到物质结构、分子,在放大若干倍就看到了原子,而看不到分子;在放大很多倍就看到了原子的内部结构更小层次,那时候就不是原子了。
把原子放大无数倍,会不会发现一个世界,与把一座山、一个星球放大无数倍有什么区别呢?
这是因为“无数”这个词就很不严谨。无数是多少?这个世界有可以用无数衡量的事物吗?
生活中可以这样随意夸张,什么无数、无限、无穷呀。但对于科学来说,这种事物在自然界是极少的。
因为宇宙也不是无限无穷的,而是有限的、有始有终的。
现代科学早就摒弃了静态宇宙观,大爆炸宇宙模型已经成为科学界公认的标准模型。
静态宇宙观认为宇宙从来就是这个样子,无始无终无边无际。
自从发现了宇宙膨胀,一系列的证据表明,宇宙一直是在膨胀的,宇宙从很早之前是由一个零点开始的,到现在年龄约138.2亿岁,而且宇宙终有老时,尽管还有很多亿年。
这就说明宇宙也是有始有终,有大有小的。
这就是大爆炸宇宙模型。

既然宇宙都不能用无限,这个世界上还有什么无穷无数的事物吗?有,就是宇宙没有开始前,还没有我们认知的时空之前,一个奇点。
这个奇点体积无穷小,曲率无限大,密度无限大,温度无限高。
这个无穷和无限就是无数的意思。说这个奇点是无数的,是因为奇点不是我们这个世界能够解释的,我们现在已知一切物理理论到奇点处都失效。
现代量子力学认为奇点是从另一个时空膨胀突出过来的,是突然出现的,从一个没有体积的量子泡沫中出现的。
既然“没有”,只能用无穷小来描述。
而本问题把原子放大无数倍,是多少被?难道要放大到比宇宙还大?
宇宙现在的可观测直径约930亿光年,还有不可观测宇宙目前人类无法了解,到底多大不知道。
但不知道并不能用无数或者无限去形容,理论推断的结果只能是有限。有始有终就是有限。

亚原子级的微观世界是完全与宏观世界不一样的世界。量子力学研究的深入,越来越发现微观世界完全与人类的生活常识不一样,如果用生活常识或宏观规律去套、去理解亚原子领域,是错误的。
这个错误已经经历了百年的验证。
这个错误爱因斯坦也坚持了几十年,一直到它去世依然坚持着,但现在被证明是错的。
量子理论的奠基人之一薛定谔是爱因斯坦的同盟军,也反对量子力学中的测不准定律和不确定性原理,弄了一个“薛定谔的猫”来讽刺哥本哈根派的这些理论,结果讽刺了自己。
“薛定谔的猫”是薛定谔1935年提出的,一个有关猫生死叠加著名思想实验,是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的一个推演。
这只倒霉的猫被关在一个密闭的盒子里,里面有一个装有毒药的小瓶子,有一个锤子有电子开关控制,电子开关由放射性元素控制,放射性元素发生衰变,就会触动开关,敲碎毒药瓶子,毒死这只猫。
但放射性元素衰变是有概率的,有50%机会衰变或不衰变,因此从外面人看来,猫是被毒死了呢,还是活着呢,就不知道了。
这样这只猫只能处于既死又活的叠加态,只有打开盒子,才能够知道猫是死是活。
这个实验告诉人们,除非观测,否则一切都无法确定。

道理很简单,但解释却完全不一样。对于“薛定谔的猫”实验的解释,形成了科学界两个派别的大争论。
以波尔、海森堡为代表的的哥本哈根派认为,量子力学才能够完美的解释微观世界运动规律。在量子世界,一切都是不确定的,只能够用波函数来描述。
在没有打开盒子前,猫只能是概率波的方式存在,只有打开盒子观测时,量子波函数才会瞬间坍塌,出现了猫的本证态。
这就是微观粒子具有的波粒二象性,是不确定性原理和测不准定律的体现。当不观测时,猫是以波的叠加混沌状态存在,一旦观测,就以粒子的状态存在。
注意,不是观测“知道”了猫的死活,而是“决定”了猫的死活。这就是所谓观测导致了“波函数突然塌缩”。
而反对量子力学不确定性原理的爱因斯坦、薛定谔等人,认为“上帝不会掷骰子”,猫这种不死不活的状态在没有打开盒子前就已经决定的,而不是观测才突然确定的,不承认这种非本证态的“猫”说法。
他们认为宏观领域的客观规律不以人意志为转移,而这个猫既死又活的状态违背了宏观的逻辑思维。量子力学之所以具有这些随机状态,是因为理论还不完备,一些“隐变量”没有被发现,随着发现的深入,就会避免掉这些不确定性和随机性。

这种争论一直到这一代科学家都去了天国,也没有结束。但毫无疑问,这种争论促进了量子力学的发展,量子力学根据这些反对派提出的问题,不断的深入研究,发现了越来越多的量子特征,得到了越来越多的证据支撑,由此,哥本哈根派成为正统量子力学理论一脉。
说了这么多历史争议,就是为了说明微观世界不是用宏观世界的一些规律来解释的,更不是凭着吃饭拉屎的一点常识就能够扯淡的。
现代物理学认为,原子是由原子核和核外电子组成,原子核又由中子和质子组成,中子为中性不带电荷,质子带正电荷,电子带负电荷,质子的正电荷数与电子的负电荷数相等,因此原子呈现出电中性。
进一步研究发现中子和质子又是由夸克组成,在进一步研究,发现夸克是无法单独存在的,处于强相互作用力限制的“夸克禁闭”状态。
那么物质还可以分下去吗?目前的理论是夸克无法从质子中分离出来,那以后会不会还能够分下去呢?谁也不知道。

但这些已经是量子力学的研究范畴。早期原子模型是行星模型。
何谓行星模型?就是像太阳系一样,原子核就是太阳,围绕着原子核的电子就像一颗颗行星,在不同轨道上公转。
这也是很多人至今以为原子就是小的天体系统,所以一直放大下去,会有一个个天体系统出来,一个原子就是一个世界的想法就是从这而来,也是这个问题的根源所在。
量子力学的发展,越来越证明微观亚原子世界完全与宏观世界不一样的规律,不是人们想象中的样子。
现代电子显微镜可以把物体放大10亿倍,就能够看到原子的样子,就是说一个个球样,根本不像太阳系可以一眼望穿看到太阳那样的看到原子核。
量子理论的不确定性原理认为,粒子具有波粒二象性,无法确定其真实的位置,因此电子在原子核外是以弥散性云雾态存在,它们随机的出现在轨道层面的任何地方。
微观世界是组成宏观世界的根本,但与宏观世界有着完全不同的性质和运动规律。
虽然现在还有许多问题没有弄清楚,但量子力学已经发现和揭示了很多亚原子世界内在机制,科学技术人员正在把这些发现和规律用于我们的社会生活,对社会发展和人们生活提升产生了重要作用。
事实证明,一切胡思乱想毫无根据的臆断,都对社会发展不但无益而有害。相信科学,才能减少愚昧,促进社会进步,也会更让自己幸福。
就是这样,欢迎讨论,谢谢阅读。
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如果把原子放大10亿倍,将会看到什么?
首先我要说一下:什么原子?原子是一种物理概念,是指在化学反应中不可再分的一种基本微粒,学过化学的都知道原子在化学反应中是不可以分割的。如果把原子放在物理学中,并且把它处于物理状态,原子是可以分割的,原子是由原子核以及围绕原子核运动的核外电子组成,原子它可以构成一般的物质的最基本单位,我们化学中通称为元素。目前已知的元素共有118种,包括天然元素以及人工合成元素,因此,原子具有核质结构。在任何物质中都含有原子,并且原子一直在做永不停息的无规则运动。



01
上面笔者所说:原子是非常非常小的一种微粒。原子包括负原子以及正原子,负原子的原子核通常是带负电,周围的负电子显正电,而正原子则恰恰相反。我们摸着的物体都是不显电性的,是因为当质子数与电子数相同的时候,这个原子就是显电中性,也就是正负电相抵,从而不显电性。我们可以根据质子数和中子数的数量的不同来判断原子的种类,质子数它决定了该原子属于哪一种元素?而中子确定了该原子是这种元素的哪一个同位素!同位素是我们高中化学中所学的,原子其实是哲学上具有本体论意义的一种抽象概念,随着科学的发展,从抽象概念转变为科学的理论!


02
也许许多人想知道,如果把原子放大10亿倍的话,将会看到什么?其实,我们将会看到另一个宇宙,可能是一个人类还未
发现的一种新型的宇宙。大千世界无奇不有,我们都知道原子是构成物质的基本属性之一,是一种微观的物质微粒,他们在一起会组成一个宏观的神秘宇宙。


03
以目前的科技水平,人们很难把原子放大十亿倍,就算是世界上最高尖端的显微镜,也不过只能把原子放大到百万倍而已,如果要把原子放大到十亿倍的话,是远远做不到的。总而言之,把原子放大到十亿倍,就会形成一种小型的宇宙,内部的结构和我们所见的宇宙结构相似,或许在其他外星生物看来,我们所处的宇宙可能就是一个原子,人类还没有发现外星文明的一些问题!


04
综上所述。笔者认为:我们所生活的宇宙就像一个小小的原子,首先我们要清楚地认识原子之间是有非常强的结合力,想把原子单个单个地分开,是万万不可能的。原子就像足球场上的一个小小的蚂蚁那么大,现在我们人类所能探究到的东西是非常非常少的,宇宙世界变化末端,需要我们一点一点地探索。以上仅是笔者的个人看法,欢迎您评论补充!


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