4萬物終究無物,隻有弦的震動(1 / 3)

自古以來,物理學家,包括我們普羅大眾,總是堅定地認為,萬物一定是由某種無限小的顆粒構成。小了、再小,除非直到令人信服的無以複加的地步才肯罷休。這個好奇心是沒有理由、也沒有止境的。另一方麵,對於能不能找到這樣的“宇宙最小”,我們其實並不抱有徹底的希望,因為我們秉持一種樸素的哲學觀念:任你如何小,事物它總可以再小,是不是?

請注意TOE的最新結論。弦理論和超弦理論認為,宇宙萬物的最小構件,是一種非常細小的絲弦。而且,到盡頭了!——太突然了,這是要動搖“沒有最XX,隻有更XX”的基本法則。當初伽莫夫認為中微子、誇克是最小粒子時就說,我們已經刨根問底了。教訓啊!

原子是萬物零件,但遠遠不是最小組分。

我們早已知道,萬物都是原子構成的,從亞裏士多德那時起,它就被視為萬物最小零件。因此,追尋宇宙真正的最小零件,總是要從原子開始往下深入。

原子內部非常空虛。這個很重要,我們複習一遍:如果把原子比作一個懸在空中的足球場(當然沒有草坪,立體的),幾粒肯定比蚊子還小的電子,精靈般神出鬼沒,籠罩著球場中心一粒比圖釘還小的原子核。齊了,整個一顆原子,全部東西就這麼一點點。也就是說,宇宙造物,非常浪費空間。

我們可以想一想,假如把原子裏多餘的空間全部擠出去,“幹貨”還能有多少?科學家說,如果萬物的所有原子和電子都壓進一個空間,那麼,地球將收緊為一個100米半徑的球體,如果把它鑲嵌在北京的長安街上,看上去跟中國國家大劇院那個鳥蛋差不多。每個原子的質量(那是真正的萬物“幹貨”),絕大部分集中在原子中心那麼一丁點大小的原子核上。別嫌它小,如果把你全身所有原子的核子拿掉,你的偉岸身軀並不會受到影響,而你的體重卻將銳減為20克左右,還不足一條普通金項鏈的分量。

當我知道這個真相,第一反應就是納悶:萬物如此稀鬆,是不是很容易擠壓成一小撮電子和核子?比如,以頭撞牆,能不能指望腦袋或者牆壁的原子們可以稍微擠一擠,從而減輕痛楚?——別不屑一顧,我始終覺得,像這類在科學看來愚蠢之極的問題,實際具有重大的科普意義。常識與科學的距離就在這個地方。科學的原理在於,一個原子一個原子地擠壓,當然沒有問題,但這種以大欺小的事情不可能發生,我們沒有足夠尖細的手術刀,能夠伸進去撥拉原子中的那些電子。能夠擠壓原子空間的,也隻能是手術刀尖口上的另外一些原子。麻煩的是,繞核電子之間的排斥力,足以確保各個原子一輩子誰也動不了誰。一根筷子可以輕易掰斷,一把筷子就難說了。100億個稀鬆的原子,照樣可以打造一顆堅不可摧的鐵釘,要多硬有多硬。

讓更多的原子自己去擠壓,情況如何呢?當然可以,而且常見,隻是參與擠壓的原子必須足夠的多。我們重溫一下恒星的演化曆史:一顆像太陽這樣的恒星,在氫氦等輕元素聚變反應結束後,燒結成穩重惰性的重元素,然後引力導致坍縮,核子破碎為中子,電子雲破碎,最終將自我壓縮成一座尺寸相當於曼哈頓的小島,成為中子星。這算得上緊實到極致了。如果它落到地球上,立刻洞穿,誰也別想擋住它,就像滾燙的子彈射進一塊豆腐。這些,都是在進行原子空間擠壓。還想壓緊點?別,那就要成黑洞了。

可見,對於探索宇宙終極零件的課題來說,原子實在太大,而且太複雜了。

萬物最小組分是像弦一樣振動的能量。

原子尺度之下,還有許多極小顆粒,如電子、質子、中子、誇克,等等。但是,沒人能夠證明它們中的任何一個,就是終極最小粒子。近幾十年來,全球一大批不依不饒的科學家持續不斷地折騰它們,使用越來越大、越來越強的強子對撞機製造粒子碰撞,堅決要把它們打碎,看看更小的東西究竟是什麼。

我們順便了解一個新知。在伽利略時代,物理實驗是從比薩斜塔上往下扔鐵球,糾正了人類常識中的某些謬誤。到了20世紀,偉大的實驗物理學家盧瑟福把實驗做到不可見的原子核內部,他的實驗是用α粒子轟擊氮核,由此證明了原子核的存在。現在,科學實驗手法更猛,已經從被動地觀察事物,發展到主動地創造事物,要把世間可知最小的東西——比如原子核裏的質子中子,等等——打碎。要知道,這種狂野的事情,是沒有經過造物主批準的。

打碎了,結果飛濺出無數前所未見的粒子,大小各異,亂七八糟。有那麼一陣,圍繞粒子對撞機的各個科學家實驗室相當熱鬧,擔任實驗助手的研究生們隔三差五就飛奔出來,報告發現了新的粒子。為了給這些全新的粒子起名字,希臘字母、拉丁字母都不夠用了。這是怎麼回事?這麼多不同粒子,肯定不是不可再分的最小零件。顯然,“不可再分”必須是最小粒子的基本條件,這是常識。