“一花一世界,一葉一菩提”,這佛語出自《華嚴(yán)經(jīng)》,也是佛經(jīng)中對世界本質(zhì)的認(rèn)知!隨著二十世紀(jì)初對原子內(nèi)部的認(rèn)識,每一個原子內(nèi)部都是一個小的“行星系”,因此也有人據(jù)此認(rèn)為佛教早就洞察了宇宙的本源,那么將原子無限放大,真會看到一個我們這樣的世界嗎?
人類對原子的認(rèn)識源自兩千多年前的古希臘的德謨克利特時(shí)代,他仔細(xì)探討了物質(zhì)結(jié)構(gòu)的問題,提出了原子論的思想,但當(dāng)時(shí)的原子論僅僅是一種哲學(xué)思想!真正的原子認(rèn)識要到19世紀(jì)初的道爾頓提出原子論來解釋化學(xué)反應(yīng)中的現(xiàn)象,當(dāng)然道爾頓也只是知其然不知所以然!
JJ湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子是一個巨大的進(jìn)步,根據(jù)我們現(xiàn)在了解的原子行星模型理論,這已經(jīng)發(fā)現(xiàn)行星了!那什么時(shí)候發(fā)現(xiàn)太陽呢?要到1909年盧瑟福的學(xué)生在做α粒子散射實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)α粒子絕大部分都“穿墻而過”,只有極小一部分被擋了回來,因此發(fā)現(xiàn)了原子核,這就是太陽所在!
此后盧瑟福提出了那個著名的原子行星模型理論,不過很快就遭到了科學(xué)界的反對,因?yàn)殡娮訋ж?fù)電荷,而原子核帶正電荷,如果真的存在這樣的模型,那么電子會在瞬間墜入原子核,原子結(jié)構(gòu)崩潰!因?yàn)殡娮雍唾|(zhì)子中和后變成中子,然后15分鐘左右后中子又將衰變(質(zhì)子要到1920年被盧瑟福發(fā)現(xiàn),中子要到1932年才被查德威克發(fā)現(xiàn))。
量子力學(xué)下的原子模型
從盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子核之后提出原子行星模型開始,量子力學(xué)也開始發(fā)展了,普朗克在更早一些時(shí)候因?yàn)榻忉尯隗w輻射而提出了最小能量子的概念,愛因斯坦則光電效應(yīng)解釋,此后的量子力學(xué)發(fā)展,就圍繞著原子核外電子的性質(zhì)展開!
泡利在1925年提出了泡利不相容原理,避免了電子墜入原子核造成世界毀滅!
1925年,艾倫費(fèi)斯特的兩個學(xué)生烏侖貝克和古德施密特和德國物理學(xué)家拉爾夫·克勒尼希一起發(fā)現(xiàn)電子自旋,如果把電子當(dāng)成行星的話,自轉(zhuǎn)也發(fā)現(xiàn)了,不過電子是非常特殊的1/2自旋,也就是轉(zhuǎn)兩圈才能看到同一面!
1927年海森堡在《論量子理論運(yùn)動學(xué)與力學(xué)的物理內(nèi)涵》論文中提出了不確定性原理,也就是電子的位置和動量不可能同時(shí)獲知!
根據(jù)薛定諤方程,電子不僅具有不確定性原理,出現(xiàn)的方式還是概率云模式,也就是說電子會在它的能級上隨機(jī)出現(xiàn)在任何位置,所以想要確認(rèn)電子的位置不可能,只能確定它出現(xiàn)概率,比如我們只能知道它在這個位置上出現(xiàn)的概率是90%,即使99%它仍然是概率,不可能100%。
電子出現(xiàn)的方式
早期的原子模型都是盧瑟福的原子行星模型,中心是一個原子核,外圍是環(huán)繞原子核的電子,非常直觀,連小孩子一看都能理解,在八十年代國內(nèi)出版的科普刊物中都是這樣的描述,但它已經(jīng)完成了歷史使命,現(xiàn)在的原子模型是薛定諤的電子云模型!
假如把電子當(dāng)成行星,那么它有哪些特性?
電子是第一個發(fā)現(xiàn)的基本粒子,它已經(jīng)無法再分,如果把它當(dāng)成行星,那么將會有很多有趣的性質(zhì),比如我們這個宇宙的能量釋放形式,大都是通過電子的能級躍遷和跌落進(jìn)行的能量釋放,而且這個能量的釋放是電子能級的整數(shù)倍出現(xiàn)的!
簡單的說比如地球會在自己的軌道上吸收能量后突然跑到火星軌道上,然后那個軌道不穩(wěn)定,又會跌落回自己的軌道上,并且釋放出一個光子!
還有一個特性則是它的不確定性原理和電子云模式,比如地球上要發(fā)射一個探測器到火星,那么它只能出去,再也無法回來,因?yàn)槌鋈ズ笤僖矡o法確定電子的位置在哪里,速度如何同步?因?yàn)檫@兩個無法同時(shí)獲知,而且即使確定了位置,也只是一個概率,因此1969年阿姆斯特朗登上月球,要返回地球時(shí)候,再也找不到地球了,因?yàn)檎麄€地球軌道上都是概率模式出現(xiàn)的地球!
當(dāng)然還有個奇怪的現(xiàn)象,比如飛船好不容易返回了地球的軌道,要濺落大西洋,但這軌道如何計(jì)算?因?yàn)?/2自旋要自轉(zhuǎn)兩圈才能看到一次大西洋,這是什么鬼?估計(jì)阿姆斯特朗就懵逼了!
所以微觀和宏觀是無法等同的,因?yàn)檫@是兩個完全不同規(guī)律的世界!
延伸閱讀:劉慈欣的《微觀盡頭》
《微觀盡頭》是劉慈欣發(fā)表在1999年6月第6期《科幻世界》上的一個短篇,盡管字?jǐn)?shù)不多,但揭示了一個輪回的宇宙,大意說的是 人類制造了一個150千米周長的加速器,將粒子加速到了10^20GeV,試圖擊碎夸克,結(jié)果奇怪的事情發(fā)生了,天空變成了乳白色,星星則成了小黑點(diǎn),宇宙反轉(zhuǎn)成了負(fù)片!
走到微觀盡頭時(shí),就會回到宏觀,擊碎了人類發(fā)現(xiàn)的、組成物質(zhì)的最小基本單位費(fèi)米子夸克,其力量將會反作用到最大的結(jié)構(gòu)宇宙上!
當(dāng)然這只是一個大劉在科幻小說中的描述,不得不說這是一個非常具有開創(chuàng)性的思維,但它卻無法用來指導(dǎo)科學(xué)研究,微觀就是微觀,它可以影響宏觀,但它卻不會和宏觀形成循環(huán)!