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宇宙跟地球比起來地球有多小

生活 更新时间:2024-07-22 22:13:08

在宏觀的世界裡,地球圍繞着太陽運動,而在微觀的世界裡,電子圍繞着原子核運動,盡管這兩者的運動方式大相徑庭,但我們還是經常将地球和電子聯系起來,那麼問題就來了,如果地球縮小到隻有電子那麼大,那麼在按相同的比例縮小之後,宇宙會有多大?要回答這個問題,首先我們需要知道電子的大小。

宇宙跟地球比起來地球有多小(電子究竟有多小)1

上圖為常見的原子結構模型,看上去電子似乎比原子核小不了多少,但這種比例其實是錯誤的,實際上電子比我們想象中要小得多,以至于在很多時候,人們都将電子看成一個“點粒子”。

電子究竟有多小?

像電子這種基本粒子的大小是無法通過常規方法來測量的,對此,科學家最初采用的方法是,先将一大堆電子“扔”向目标電子,然後再通過觀察“扔”出的這些電子的散射情況來測算目标電子的所占據的空間大小。

宇宙跟地球比起來地球有多小(電子究竟有多小)2

通過這種方法,科學家得出的結論為:電子的直徑不大于10^-16米。

注意是“不大于”,意思就是說電子的直徑還可以更小,具體有多小呢?1989年的諾貝爾物理學獎獲得者漢斯·喬治·德梅爾特給出了更精确的答案,簡而言之,他創造了一個直徑隻有10^-22米的“離子勢阱”,然後再觀察它能不能裝下一個電子,實驗結果是:這個“離子勢阱”真的裝下一個電子。

宇宙跟地球比起來地球有多小(電子究竟有多小)3

這個實驗說明了,電子的直徑不大于10^-22米,那還有沒有更精确的測量呢?很抱歉,至少現在還沒有,所以我們不妨将電子的直徑取值為其最大值,即10^-22米。好的,我們再來看看宇宙的大小。

宇宙究竟有多大?

這個問題目前是沒有準确答案的,這是因為我們所處的宇宙處于一種加速膨脹的狀态中,具體表現為宇宙中的兩個點距離越遠,它們之間的空間就膨脹得越厲害,也就是說,當宇宙中兩個點的距離超過一個臨界值時,它們之間因為空間膨脹而互相遠離的速度就會超過光速。

宇宙跟地球比起來地球有多小(電子究竟有多小)4

我們知道光速是有限的,這就意味着,那些因為宇宙膨脹而以超光速遠離我們的天體,其發出的光永遠也無法抵達地球。換句話來說就是,我們在宇宙中隻能看到一個有限的範圍,這稱為可觀測宇宙,這是一個以地球為中心,直徑約930億光年的球體區域,而在此範圍之外,我們可以說是一無所知。

對于未知的事物,嚴謹的讨論是無法展開的,因此我們有必要将所讨論的宇宙範圍縮小一些,隻讨論我們所能看到的宇宙。所以我們的問題就可以準确地定義為:如果地球縮小到隻有電子那麼大,那麼在按相同的比例縮小之後,可觀測宇宙會有多大?

結論

至此所有的數據都變成了已知的,隻需要簡單的計算,我們就可以給出這個問題的答案。

宇宙跟地球比起來地球有多小(電子究竟有多小)5

地球的平均直徑為12742千米,縮小到隻有電子那麼大之後,其直徑就變成了10^-22米,縮小了1.2742 x 10^29倍。可觀測宇宙的直徑為930億光年,按照相同的比例,其直徑将縮小到大約6.9 x 10^-4米,也就是6.9毫米。也就是說,當可觀測宇宙縮小到這種程度之後,其尺寸比我們平常見到的琉璃彈珠還要小。

看到這裡,相信想象力豐富的人會聯想到一個很有意思的話題:在微觀的世界裡,電子可能真的就像是一顆顆星球,而在某些電子上,又有可能會存在着像我們人類一樣的智慧生物。

宇宙跟地球比起來地球有多小(電子究竟有多小)6

對于他們而言,電子就像是“地球”,原子核就像是“太陽”,整個原子就像是“太陽系”,密密麻麻的原子組合起來,就構成他們的微觀宇宙,而他們也隻能看到其中的一部分……

真的會存在這樣的微觀宇宙嗎?這個問題目前同樣是沒有準确答案的,不過可以肯定的是,就算存在着這樣的微觀宇宙,也不可能與我們所處的宇宙一樣。

因為在我們宇宙中,各種天體的運動方式是引力主導的,但對于電子而言,引力的作用微乎其微,基本上可以忽略不計,真正起主導作用的其實是電磁力,而我們都知道,電磁力比引力強得多,并且電磁力還存在着斥力。


好了,今天我們就先講到這裡,歡迎大家關注我們,我們下次再見。

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