組成物質的最小單位到底是什麼?


哲學家一直在思考一個問題,那就是:構成物質的真正的、最基本的組成單位是什麼?答案還不明晰,但有一點已經確認,那就是基本單位絕對不是虛無。哲學家只能思考,而科學家又思考又有探索,層次更高。

從目前來看,我們已經建立了一個成熟的標準模型,但是標準模型也並不是終極真理,而是一個巨大拼圖的一個小角落。在此之前,科學家提出了一個叫做夸克的概念。夸克剛剛被提出來的時候,僅僅應用於數學計算,它可以被用作人的大腦之中記錄量子反映情況的薄記系統。而如今,研究夸克的性質在物理學中已經非常熱門。

科學家利用超大規模的高能粒子加速器,進行了粒子撞擊實驗。通過觀察電子撞擊質子,已經清晰地證明了夸克的存在,而且知道夸克有六種。這種試驗方法,就相當於通過打破一個裝置,然後知道這個裝置內部的結構。比如,我們想知道一個鉛筆盒裡面有什麼筆,於是我們讓兩個鉛筆盒相撞,鉛筆盒破碎之後,就露出了內部的秘密。我們在高能粒子加速器之中發現了六種夸克,而研究這些夸克的性質就構成了一門物理學科,即粒子物理學。

物理學家計算認為,在這六種已知的夸克之外,還應該有它們相對應的輕子。比如我們,大家通常提起的電子,就是六種輕子的一種。而每次粒子碰撞實驗,科學家都會發現層出不窮的新粒子。這些發明似乎在暗示著我們,我們還沒有找到物質真正的、最基本的組成單位。探索還在繼續。

科學家一直在探索最深層次的物質本質,永遠沒有盡頭。即使沒有哲學家提出相應的問題,科學家也會對物質的本質、它的最基本的組成單位非常感興趣,會一直這樣往深層次研究下去。

目前,物理學家正致力於在理論上來理解和探索比夸克還要小的範疇,並且建立起一些讓人難以琢磨的數學模型。研究這些數學模型來解各種粒子的方法,便稱之為弦理論。弦理論要求僅僅在十的負三十三次方厘米的範疇上觀察和解釋粒子。這個範圍比質子要小上20個數量級,任何技術手段都不可能直接觀察到,只能通過數學來組建外圍模型。如果一個原子有我們的太陽系那麼大,直徑為1光年,那麼一根弦的大小相當於地球上的一棵樹。而有的科學家認為,夸克也是一種弦的振動模式。

但不管是什麼樣的物質,無論它有多大,也無論它有多小,上至恆星系,下到夸克甚至更小,控制它們運動的,都只是幾種基本力。在某種意義上,對宇宙本質的探索,就是對這些力的性質的本質探索。


天體之宏大,非人所能探知,物質之微,非人所能窺測。聽人說,佛經講,小無其內,大無其外。把粒子無數層分下去,就是不能再分的顆粒,稱作物質的本源,科學是探測不到的。物質的本源是水,不是我們自然界的水,是風吹不起漣漪,投進石塊也不動的水。組成了第一層顆粒,由第一層顆粒組成更大一層粒子,依次類推,最後組成分子。這分子組成了鋼,鐵,石,土,木,等物質,人用手用腳製成了傢具,槍砲,房屋,等。

有人說到了夸克一層,由這個物質變成那個物質,我的看法,不須用到夸克,只要改變分子的排列程序,物質就變了,我想現代科學`當前辦不到。舉例,唐朝有個韓湘子,他把一塊磚變成了西瓜。用刀切開叫大家吃。真的是西瓜。有一人叫張士貴,當他吃時確是磚。韓湘子把他那塊西瓜又變回了磚,因張士貴不是忠臣,是對他進行教育的。

他就是改變了分子排列程序,他的功能如何而來,是修鍊而得的,修出了這個功能,並不是用的現代科學,現代科學研究者怎麼說也不會承認的。現代專家只認實證科學,。

宇宙之內,完全是物質構成,是由粒子構成,各個粒子,無論大小,都含有能量,所以宇宙也是能量構成,他的能量,必須在比它粗糙一層才顯,不然,互相制約著,顯不出能量。比如原彈在分子和星球之間爆炸,已經不能制約他了。每個粒子能量極大,究竟多大,我說不清,不是專業。


組成物質最小單位是一個不斷變化著的概念,從古到今,人類對物質的本源認識不斷深化。

中國古代哲學家們認為,世上萬物由陰陽二氣組成,也有的認為萬物不外乎金木水火土,相生相剋。外國鍊金術士認為,萬物由氣、水、土、火四種元素組成,只要調整這四種元素的配方就能製造出世間的任何物質。

其實鍊金術並不能簡單的歸結為迷信或者偽科學,它柔和了哲學、宗教以及一些科學原理,在鍊金術中出現的大量理論和學說,為後來化學物理理論的誕生起到了催化的作用。它應該是早期樸素的質能轉換和物質轉換的探索,是化學哲學思想的始祖,也是現代化學的起源。

鍊金術遵循的理論及其參與者不乏著名人物,甚至不乏科學大師,比如亞里士多德、赫爾墨斯、柏拉圖、帕拉塞爾蘇斯、牛頓等,而且牛頓的萬有引力理論的發現還得益於其痴迷的鍊金術。事實上鍊金術也傳到了中國,但中國的鍊金術士們發揚光大的是痴迷煉丹術,追求長生不老,成了一派道學。

鍊金術失敗了,但現代科學的鍊金術成功了,這就是核聚變反應。通過核聚變,就能夠使某種物質升級為另外一種物質,其中也包括黃金。不過這個代價比黃金高多了。

現代科學出現後,人們對物質本質有了更深刻的認識。早在幾百年前,人們就認識到物質由最基本的元素組成,這就是原子。後來人們又發現了原子由原子核和電子組成,而原子核又由質子和中子組成。再後來又有了更深入的發現,質子和中子由更小的東西組成,這就是夸克,分為上夸克和下夸克。

這就是人類目前對物質的基本認識。除了這些,科學界還發現了很多基本的粒子,比如光子、中微子等等,這些都是極其微小的東西,科學界把這種基本粒子統稱為量子,也就是一個物理量最小不可分割的基本單位。

在研究中,科學界發現量子有很多特殊的表現,與宏觀事物完全不一樣的性質。比如量子的波粒二象性、測不準定律、量子糾纏等等,由此誕生了量子力學。

這樣這個世界就產生了兩大物理基石理論,一個是愛因斯坦的廣義相對論和狹義相對論,一個就是量子力學。現代所有的科學研究和發現發明都離不開這個大的理論框架的指導。

這兩大基本理論研究的終點都是主導這個世界的四種基本力,就是萬有引力相互作用力、電磁相互作用力、強相互作用力、弱相互作用力。這四種作用力是主導這個世界一切的動力源泉,也是質能轉換奧秘的鑰匙,只要弄清楚了這個問題,創造一種統一這四種力的理論,人類對這個世界的認識就會大大升華,人類文明就會升級。

隨著科學研究的深入,組成物質的最小單元是什麼可能還會變化,但物質還能不能再細分已經不重要了,因為量子理論已經開始探索萬物的本質,再細分也還是量子化範疇,只是認識的進一步深化。

就是這樣。時空通訊專註於老百姓通俗的科學話題,歡迎大家共同探討。原創版權,抄襲可恥,侵權必究,感謝合作。


基本粒子—這是現階段的標準答案。因為人類對宇宙不了解,這個問題無法給出終極答案。小編猜測最終組成物質的基本單位可能會是能量。

在宇宙的構成中,常規物質所佔的比重僅有4%。這也就是人類所了解的世界,也是我們生存的世界。然而宇宙構成中剩下的96%是由我們不知道的暗物質與暗能量組成。在暗物質中是否存在其他粒子等待人類去發現就無從知曉了。

目前來說組成常規物質的最小單位是基本粒子。基本粒子沒有大小,只有質量。這就說明基本粒子密度大,是一個整體不能再被分割了。它們並不是像山成石,大石頭成小石頭在成沙子一樣可無限被分割。分子之所以能被分割,是因為拆成了原子,而原子在分割也是將核外電子去了出去成了原子核,而當最終拆的只剩一個「球」的時間,就不能再拆了。注意是拆分,而不是無限分割。例如電子、夸克、中微子、光子都是基本粒子。

夸克組成質子、中子,質子與中子組成原子核,再加上核外電子組成了原子,原子在組成分子,分子組成的地球宏觀物質。宇宙中的天體不一定是分子、原子構成的,也可以是等粒子態。這就是我們宇宙物質的組成結構了。

隨著科技的發展,或許基本粒子也會是其他更小粒子組成的,或許會有來自暗物質的幾種新暗基本粒子加入使其家族更完善,再或許根據愛因斯坦大神的理論質量和能量本是一回事。能量就是基本單位,能量產生物質。


這個問題沒有答案,也永遠不可能有準確的答案。

古希臘德謨克利特提出了原子概念,認為所有物質都是由不可再分割的原子組成,至於說原子究竟是什麼,長期以來大都認為是氣、火、水、土等基本元素。又過了幾千年,直到十七、十八世紀化學家們才弄清除,一些物質不可能通過化學手段繼續對它們進行分解,這些物質就是拉瓦錫定義的元素,不同元素是由不同的原子組成的,從此原子就成為化學變化中的最小單元,科學家們的鋸子似乎再也鋸不下去了。

但十九世紀晚期到20世紀初期,科學家們發現了電子,原子內部也是空空如也,只有一個很小的原子核,就像太陽和太陽系一樣,由此證明原子並不是不能再分割。一些科學家如釋重負,原子核總不能再往下鋸了吧?話音剛落,1919年科學家就發現了原子核內部帶正電的質子,1932年又發現了不帶電的中子。

科學家的鋸子鋒利無比,上世紀五六十年代,終於把質子、中子也鋸開了,發現它們是由更基本的粒子夸克組成,這樣組成我們這個世界的最小單元就變成了夸克、電子、光子、膠子等基本粒子。這就是目前為止我們在科學上對組成物質最小單元的最確切的認識。

但這樣的認識顯然不能滿足人類日益增長的科學認知的要求,科學家們舉著切割機,準備繼續對這些基本粒子大開殺戒,卻怎麼也找不到下鋸的地方。因為相對於這些基本粒子來說,我們的鋸子實在太大了,就像你要用一把菜刀去切細菌,細菌們當然喜逐顏開,來啊,來啊,來切啊!

沒辦法,科學家們只好動用數學和想像力,終於「發現」,這些粒子原來是由更基本更小的一維「弦」組成,弦糾纏在六維的捲縮空間中不斷振動,振動模式的不同就形成了各種基本粒子,這就是現在方興未艾的M理論。當然目前M理論還無法在科學上進行驗證,所以組成物質的最小單元究竟是不是「弦」,實在還是一件非常玄的事。


光的單個粒子就是宇宙最小質量和能量不可分割的單位。

這一新的前沿物理理論認為:

光的單個粒子在宇宙中以三種形式存在:

第一種形式:以光速震動態存在於光源里,叫動態光粒子;第二種形式:具有繞一核心自轉和周轉屬性的動態粒子,叫磁粒子,普遍構成各種粒子和獨立於磁場內;第三種形式:處於靜止狀態,沒有能量,充斥於宇宙和粒子內部的所有空隙,叫靜態光粒子。

光的三種形態的單個粒子,質量是相等的,但能量是不相同的,:(以下V1為自轉速度,V2為周轉速度,C為光速)

動態光粒子的能量式:E0=1/2m0C^2 (5),

磁粒子基態能量式:E0=1/2m0(V1^2+V2^2)=1/2m0C^2 (6)

磁粒子激態能量式:Ej=1/2m0(V1^2+V2^2)=m0C^2 (7)

靜態光粒子是沒有能量的,處於完全靜止狀態。

靜態光粒子就是光的傳播介質,這一理論認為:沒有介質的波是錯誤的,是不可能存在和傳播的,現代物理否定光的介質和以太,是導致光本質和量子物理神迷而不可解讀的原因。

這一理論還認為:光的這三種形式會不斷互化,光的傳播就是光源的震動態光粒子與充斥空間的光的靜態光粒子不斷互化的光源位移,而不是光粒子的直線飛行,一切物體浸沒在以靜態光粒子為實質的大海里,它能攫取和只能攫取等於光速的動能,從而形成光的能量波。

由於光波的光源和介質都是光的單個粒子,所以在光波路徑上的任意一點,都表現出光的波性和粒子屬性,即波粒二像性。

光源的形成就是構成物體的磁粒子或磁場粒子獲取能量,從基態變為激態,此時,激態光粒子會釋放能量激活空間的靜態光粒子轉變為震動態光粒子,形成光源。

光的三種形式的常態性互化,實現能量的傳遞,光粒子成為能量傳播最重要的介質,從而構成這個五彩斑斕的世界。

光的單粒子具有確定的質量和能量值,而且是不可分割的最小值,是宇宙能量和質量的最小結構單位。

在光波的形成中,單個動態光粒子與靜態光粒子的每一次身份互換,都實現一次能量的整體轉嫁,發生輻射源的光速位移,光波的本質是光的震動態粒子於充斥空間的靜態光粒子的能量傳遞,光的能量只與光的單個光粒子的數目有關。

如果一束質量為m的光波束,含有單個光粒子的數目為n,顯然每一個光的震動態粒子與靜態光粒子的互換就是一個周期變化和一次能量交換,所以光的頻率v和光束中的單個動態光粒子的個數n存在數值上的對等關係,注意是數值對等,不是物理量與單位的對等,即n與v的數值是相等的,且m=nm0,因為:

光波的能量與光速有方程式:

E=1/2mC^2=hv(1)(C是光速,h是普朗克常數)

所以,(1)的方程式可以轉化為單個光粒子的波的能量方程:

E0=1/2nm0C^2=hv(2),因為n與v的數值對等,所以有:

E0=1/2m0C^2=h(3)(注意,此時h的數值是普朗克常數值,單位已是焦耳,上面分析)

此時,將光的真空速度和普朗克常數值代入,即可得到單個光粒子的質量和能量的近似值:

m0=2h/C^2=1.48×10^-50kg

E0=6.626×10^-34J

所有物質和能量交換就是這個最小單位的變化,都是其整數倍。


組成物質的最小單位顯然不可能存在!

最初人類認為組成物質最小的是原子,而且認為原子已經再也不可能再分。但是後來人類又發現,原子是由原子核和核外的電子構成。而原子核則有帶正電荷的質子和不帶電荷的中子構成。

於是人類又認為質子已經是物質的最小的單位。但是後來又有物理學家把質子和中子也打開了,才發現了組成它們的還有更小的夸克。這時候物理學家再也不敢說這是組成物質的最小單位了。

總之,人類對物質組成的最小單位的認識,是依賴於人類對微觀世界的觀察水平、操作水平和解釋水平,隨著人類這些水平的提高,人類會不斷找到更小的組成單位。


我認為並不存在,我在一篇文章中曾間接地回答了這個問題,現在我再擇要回答一下,人們在粒子探索方面有久遠的歷史,古希臘的德謨克利特繼承和發展了留基伯的原子論,認為所有的事物都是由原子和虛空組成的,虛空是原子活動的場所,是真正的虛無一物。這些原子並不完全一樣,但不可再分,是構成事物的最小單位。這些原子沒有內部實質,他認為原子是一種「存在」,虛空是一種「非存在」,非存在不等於不存在,存在和非存在都是實在的。這些閃光的思想出現在上古年代是難能可貴的。他的觀點被近代的道爾頓發展成了近代原子論。他的缺點就是認為原子不可分。隨著現代科學的建立,原子被認為是一切化學變化的最小單位,但不是物質的最小單位,它還可以再分為原子核和核外電子,而原子核又分為質子和中子,質子和中子又分為夸克……,人們認為物質不能無限可分,總有最小粒子即基本粒子的存在,一場尋找基本粒子的行動延續至今,歷經三代變更,目前確認存在六十二種基本粒子,它們被認為是物質存在的最小單位。那麼它們真的不能再分了嗎?現在有的科學家認為基本粒子是可分但不可分離。我認為我國古代道家說得有道理,其代表人物莊子曾在《莊子 天下篇》中說「一尺之棰,日取其半,萬世不竭。」他認為物質是無限可分的。我覺得物質不能無限可分在哲學上邏輯上是講不通的。第一,基本粒子數量太多,失去「基本」的意義。真正的基本粒子應該只有幾種。它們的出現大多是為了滿足標準模型,一種粒子如果一時沒找到,人們就用大型對撞機去撞,直到撞出理論預測的那種東西,有時這些人為撞出來的東西存在時間短的到了10的負幾十次方秒數量級。我覺得如果這樣找下去,基本粒子可不止62種,想要多少有多少,想要什麼樣的就能|製造出什麼樣的。從這個意義上來說「基本粒子」不基本。第二,所謂的基本粒子都有質量,內部還有實質東西,這些實質東西是什麼?它們有大小有多少,它們應該由更基本的東西組成,這些更基本的東西還是有形的實質東西,它們應該由更更基本的有形的實質東西組成……,直到無限次後有形變成了無形,實質變成了虛空。這是數學上的極限問題。所以從哲學上來講無限可分才講得通。所謂的基本粒子是不存在的。也是從這裡得出結論:物質是由「虛空」組成的。

西方的科學思想在解決粒子的本質問題上顯得力不從心。有些人試圖去解決這個問題,他們提出「超弦」理論,拋棄基本粒子是點粒子的觀念,取而代之是一維的弦,它不同的振動和運動形成不同的基本粒子,弦是相同的閉和弦。為了把廣義相對論和量子力學協調自洽,它們甚至引進了十一維時空,為了把自然界的四種相互作用大一統,他們推出超弦的升級版――「M理論」,和原超弦理論,規範理論(標準模型)統一起來研究,弄得是非常複雜和龐大,連他們自已都頭疼。弦理論的問題是:「弦」是什麼東西這個問題並沒有解決,最終它和基本粒子問題一樣還是存在無限可分的問題。有些人把超弦理論中的「弦」自以為是地硬說成是中國古代道家創始人老子《道德經》中所說的「玄之又玄」的「玄」,簡直是無稽之談。不過確實,東方思想不同於西方思想,在解決宇宙本原和萬物由來及本質的這些最基本的問題上顯得高瞻深邃,得心應手。

綜上,我認為組成物質的最小單位不存在。


為什麼要對物質進行細分呢?我想,人類觀察到物質變化的現象,就其原因,就有了測量統計與分析研究的好奇心。分析意味著對物質進行分級處理。

研究物理變化,需要分級到原子、晶體與分子。例1:研究氣體,需要界定氣體的分子結構與運動狀態。例2:研究機械波,需要界定晶體聲子(激元諧振子)與介質單子。

研究化學變化,需要分級到原子、離子與電子。例3:電解水的組成,有了氫離子與羥離子。例4:研究氯化鈉的離子結構,我們需要價電子或電子云。

研究核子變化,需要分級到中微子、夸克與介子。例5:研究質子結構,需要夸克、繆子與π±與π0介子。例6:研究中子的衰變,需要中微子與W±與Z0。

研究到物質波,需要分級到光量子、虛粒子或真空漩渦場的場量子。例7:研究電磁輻射,需要電磁波策動源的諧振子、光子與真空虛粒子的耦合。我的進一步推想:

例8:研究引力波,需要引力波的策動源與真空場量子。例9:研究暗物質,可以根據宇宙微波背景輻射與卡西米爾效應,需要真空場量子。

真空是宇宙中最輕微的物質,量子力學說真空有零點能。我認為,物質細分到真空場量子或漣漪子或虛粒子,應該是最小物質單元了。

順便說一下,那個26維或11維的弦理論與M理論,最小單元是弦子(string),我不明白祂究竟研究什麼現象。找不到任何證據,其根源恐怕是純數學建模的原因吧?因為維度只是數學工具,與物質世界沒有毛線關係。


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