把一粒沙子放大1亿倍,能否得到一个宇宙?
许多人崇信所谓一花一世界,一叶一菩提的佛学境界。其实这里面蕴含的是一些哲学道理,它告诉人们在小的事物中,同样可以看到大事物的一些规律。如果能够正确认识到这些道理,可能对人生有点好处,但如果滥用,就堕入阿鼻地狱了。
就如哲学中解剖麻雀的道理一样,叫麻雀虽小,五脏齐全。
就是说,我们解剖一个麻雀,也能够看到其内脏是个啥样子,从而推演到类似的鸟类都差不多。但有人一定要推广到所有的动物都差不多,就成为谬误了。
总不能认为解剖了一只麻雀,就知道了整个世界吧?比如麻雀的五脏会与老虎、大象一样吗?会与蚂蚁蚯蚓一样吗?会与细菌病毒一样吗?世界之大,超乎想象,一花就是一花,一叶就是一叶,不能划等号。
原子放大后的样子
现在我们来说说一粒沙的问题。一粒沙有多大?所谓沙尘暴就是把砂砾吹了起来,这种砂砾应该是比较小的,一般都在1mm以下,一般建筑用砂直径大致在1~2mm之间,最大的砂砾也不过5mm吧。再大就不叫砂砾而应该叫石子了。
我们取2mm砂砾来计算,增大1亿倍就是200km直径,就能够与宇宙比?这里砂砾增大了1亿倍,里面的细微结构也同样增大1亿倍,这时沙子的分子结构就显示出来。砂由二氧化硅组成,二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子组成,分子式为SIO2,放大1亿倍后,分子和原子都成为肉眼可见的砂砾般大的东西了。
原子直径约10^-10m,也就是约0.1nm,1000万分之一毫米。如果按照原子的直径放大1000万倍,这个原子就有1mm大小,放大1亿倍,就有1cm大小。这时候,原子和分子就成了宏观物体,人们可以仔细观察分子和原子的结构。不过由于量子的不确定性原理,人们无法确定核外电子的位置和动量,电子以云雾状包裹着原子核,人们无法看到原子内部状态。
这些分子结构非常简单,而且原子与原子之间,分子之间充满了巨大的空洞。即便再把它放大,用巨大能量轰开电子外壳,看到了原子核的中子和质子,这个结构也还是很简单。有人以为原子还可以无限放大,一直可以无限细分下去,有数不清的层层结构。其实不然,中子和质子里面最基本的粒子是夸克,而夸克由于夸克禁闭,是不能再细分的,也不能够脱离中子质子而单独存在。
这么小而简单的结构与宇宙无垠而复杂的结构相比,简直是儿戏。
可观测宇宙缩小后的样子
首先说说宇宙之大。科学界现在认为宇宙有465光年可观测半径,这还是可观测宇宙,也就是从理论上来说,人类可以观测到的宇宙范围。而宇宙有两个不可观测范围,这就是过去视界和未来视界。
所谓过去视界是指在宇宙大爆炸开始的38万年内,无法观测到的世界。
大爆炸初始阶段,由于极端高温高压,宇宙处于不透明状态,电磁波也无法脱耦。啥叫脱耦?绉的说就是“将抽象同现实之间的强关联关系变为弱关联关系”,通俗点说就是电磁波还无法从宇宙的高温高压中形成并溢出来,而人类是依靠电磁波观测世界的,既然那个时候宇宙还没有电磁波,对于人类来说就是黑暗的,看不到的。
这个过去视界的宇宙有多大呢?谁也不知道,不过科学界有一个估计,就是在大爆炸发生后的10^-35s时,发生过一次暴涨期,虽然时间只经历了10^-33s,但加速却达到100次加倍,2^100次加倍。这个膨胀的结果是怎样的呢?我们简单算一下,如果宇宙在暴涨前已经达到了1mm直径,经历10亿亿亿亿分之一秒第一次暴涨后,宇宙就膨胀到了直径为1340亿光年,比现在的可观测宇宙大多了。
或许暴涨前宇宙还没有1mm,或许不止1mm,都是未知数。但至少可以说,过去视界的宇宙不会是一个很小的范围,或许是一个比可观测宇宙还要大的空间也未可知。
而人类现在观测到的宇宙样子,是宇宙大爆炸38万年后的样子,这就是上世纪最伟大的科学发现之一~宇宙微波背景辐射。38万年后,可见光依然没有脱耦,人类还不能直接看到宇宙的样子,但通过电磁波可以探测到微波背景辐射,就是宇宙大爆炸冷却下来后的余烬。
那么,未来视界又是一个什么东西呢?这是基于科学家们发现,宇宙膨胀依然在加速。埃德温·哈勃根据星系光谱红移,发现了宇宙膨胀规律,膨胀速度是与距离呈线性提升,而且各向同性,由此得出了哈勃定律,表达式为:Vf = Hc x D,其中,Vf表示宇宙膨胀速率,Hc表示哈勃常数,D为星系距离。测得哈勃常数,根据这个公式,就可以计算出宇宙膨胀速度。
根据这些年测得的宇宙常数约为75km/s·Mpc计算,在可观测宇宙半径465光年的边际,宇宙膨胀叠加速度超过光速3倍多,这样在距离我们130多亿光年,宇宙膨胀超过光速的地方,就会形成一个未来视界,人类的目光所及只能到达那里为止,再远一些的星光就永远也到达不了我们的视网膜。
因此宇宙不但可观测宇宙达到465亿光年半径,还有两个无法看到的不可观测宇宙,这两个不可观测宇宙很可能大于现在宇宙,这岂是一个原子能概括的?别说放大1亿倍,再怎么放大也不可能与宇宙相比。
哈勃空间望远镜拍摄的宇宙极深场照片,里面包含1万个星系
我们再来说说宇宙复杂性。宇宙的复杂性与原子完全不可同日而语。虽然原子和宇宙万物运行所遵循的都是四种基本力,但原子与宇宙遵循的力侧重是不一样的,原子层面,更多的是遵循强力、弱力和电磁力;而宇宙万物宏观层面,遵循更多的是引力、电磁力,当然也包括强力、弱力。因为原子本身就是宇宙的组成部分。
宇宙天体多种多样,如奇点、黑洞、中子星、白矮星、恒星、星云、星团等等,天体结构有星系、本星系团(群)、超星系团、宇宙大结构等等,每一种天体类型里面又包含了很多种类的分支结构,而这些所有看得见的天体结构,只占宇宙质能总量的4.9%,95.1%的宇宙质能是看不见的暗物质暗能量,而且后者主导着整个宇宙的生与死,也就是膨胀和收缩的博弈。
即便一个小小天体,也由复杂的物质组成。比如地球上就有118元素,有亿万种生物,每种生物都有不同的结构,有着不同的生长死亡规律。
而原子是一个最简单的基本单元,虽然对于深层次量子问题,还有许多奥秘没有解开,但原子这么简单的事物,怎么能够与复杂的宇宙相比呢?难道解剖了一个原子,就可以了解宇宙,就不需要观测和研究宇宙了?
实际上,这种类比犹如网络上的心灵鸡汤。实质是把科学研究和发现简单化、庸俗化、虚无化。这让我想到网络上一些人,常常打着什么古代先贤知道了阴阳五行、无中生有等哲理,就宣扬先人早就洞悉了宇宙奥秘,说什么如今的宇宙科学发现,不过是证明了他们的理论而已等等。
其实这些古人说法只不过是对世界的一些领悟和看法,是一些大道理,有一定的逻辑性而已。但这些大道理可以指导人树立某种看待世界和做人做事的方法,决不能代替具体的科学研究。有人把这这些等同于科学研究,甚至认为只要学好这些就什么就知道了,这实际上是背道而驰。
如果按照这种思维,现在所有的科学都无须研究了。我们如今的幸福生活,我们乘坐的飞机高铁,用的手机看的电视,都是依靠具体科学发现和研究得来的,绝不是知道了这些古人说法就自然而然得来的。
由此我们可以看看朋友圈发的许多心灵鸡汤,说得多么大义凛然和高尚,但不同场合相互充满了矛盾,根本就是唱高调。对比一下所谓儒家千年追崇的一些语录,以及一些大人物、国学大师的演讲,与这些心灵鸡汤何其相似和契合。
事实上我们今天享受的幸福生活,都是科学发现发明推动下赋予的,与这些心灵鸡汤毫无瓜葛。希望有这种情结的朋友想一想,可能就会大梦初醒,知道要真正的去养鸡才会有鸡汤喝。
就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。
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