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物質可以無限細分嗎?

「一尺之棰,日取其半,萬世不竭「,這是古代莊子的思想,在數學中成立,但是在實際當中行不通,因為根據現有物理理論來看,物質存在最小單位。

生活中見到的大部分物體,都由原子組成,原子又由原子核與核外電子組成,原子核本身還可以細分為質子和中子,現代物理學中能接觸到的基本粒子,有夸克、電子、光子、中微子、希格斯玻色子等等。

在量子力學中,到了基本粒子層面後,物質就無法繼續分解了,至少在當前科學技術層面無法細分,這些基本粒子的組合,構成了紛繁複雜的物理世界。

另外量子力學指出,宇宙存在最小尺度「普朗克長度」,數值大約是1.6*10^35米,低於這個長度是沒有意義的:

在一些較為前沿的理論中,比如超弦理論,就認為事物由更小的「弦」組成,電子、夸克和光子等等,都可以繼續細分為「弦」,弦以不同的方式震動得到了不同的粒子。

弦的尺度數量級為普朗克長度,以現有的實驗技術,遠遠無法探尋弦理論研究的尺度,所以超弦理論目前還處於理論研究階段,也是被看好的最有可能成為終極理論的理論。

量子力學的觀點,就是假設世界是離散的,長度、時間、空間都是離散的,這樣的處理方式能避免很多悖論,也非常符合實驗觀測數據。

在數學中,有一個非常有趣的數學悖論,叫做「巴拿赫-塔斯基悖論」或者分球悖論,該悖論建立在選擇公理上嚴格推導出來。

分球悖論的大致意思,指的是一個三維實心球,可以通過細分為有限部分,每部分又分為無限份,然後僅僅通過旋轉和平移,就可以重新組合成兩個完全一樣的實心球,而且和原來的實心球一模一樣(質量相同,密度相同,半徑相同)。

該悖論或者說定理,在數學推導上無懈可擊,但是明顯違背了物理定律,其中的關鍵在於,分球過程涉及「無限細分」,一旦物理世界不能無限細分,那麼該悖論就無法在物理世界中出現。

這一悖論似乎暗示著物理世界不能無限細分,但是僅僅是一種暗示而已,大自然規律是和諧與美妙的,當然不允許這樣的悖論在現實世界中發生。

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