纤维素 氢原子由质子与中子组成,但它的体积远超二者,物质能有多小?


纤维素 氢原子由质子与中子组成,但它的体积远超二者,物质能有多小?
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纤维素 氢原子由质子与中子组成,但它的体积远超二者,物质能有多小?
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在现实世界之中 , 两个物质之间的距离能有多远呢?你可能马上会想到天体与天体之间的距离 , 是的 , 在茫茫宇宙之中 , 两个天体之间的距离是非常遥远的 , 即便是与地球最近的月球 , 也与我们相距38万公里之遥 , 而在太阳系之外 , 天体之间的距离动辄便要以光年来进行计算 。
在宏观世界中 , 两个物质之间的距离可以用遥不可及来形容 , 而在微观世界中 , 这种现象同样存在 。 什么是微观世界呢?平日里说到长度单位 , 我们马上就会想到千米、米、分米、厘米以及毫米 , 这些长度我们都可以使用常用的工具来进行准确的测量 , 而如果长度单位变得更小 , 我们就无能为力了 , 我们不仅无法目测 , 甚至于根本就看不见它们 , 比如微米和纳米 , 这就是微观世界 。 如果想要测量一个纳米级物体的长度 , 就必须要使用特制的仪器 。
在宏观世界中 , “一滴水”可以完美诠释“小”的定义 , 而就在这一滴水中 , 却可以容纳下一个我们所难以想象的世界 。
细菌是我们用肉眼无法直观看到的微小生命形式 , 而就在这一滴水之中 , 可以容纳的大肠杆菌数量在5000个之多 。
病毒是一种比细菌更小的“生命” , 之所以打上引号 , 是因为病毒到底是不是生命 , 目前还存在着争议 , 而在一滴水之中 , 可以容纳的病毒数量超过2亿 。 病毒很小 , 但再小 , 它也是一团遗传物质 , 所以是无法与单个分子相比的 , 所以水分子的体积要比病毒小得多 , 那么一滴水是由多少水分子所组成的呢?一滴水中大概包含了2万亿亿个水分子 。 对于我们而言 , 水分子太小了 , 根本无法用肉眼看到 , 但科学家们已经通过特制的仪器测量出了水分子的直径 , 约为0.4纳米 , 而1纳米等于10的-9次方米 。
水分子极小 , 但并非物质的最小形态 , 它是由两个氢原子与一个氧原子所组成的 , 也就是说一滴水之中包含了2万亿亿个氧原子和4万亿亿个氢原子 。
氢原子有三个同位素 , 分别为氕、氘、氚 , 氕原子核中只有一个质子 , 所以它就是世界上最小的原子 。 氕虽小 , 却仍不是物质的最小形态 , 因为它是由一个质子和一个电子所组成的 。 氢原子的直径约为0.1纳米 , 那么是不是说质子和电子的直径在0.05纳米左右呢?并不是 。 首先 , 电子与质子的体积相差十万八千里 , 如果说质子是一个足球场的话 , 那么电子顶多也就是足球场上的一个足球 , 其次 , 电子与质子相加 , 并不等于一个氢原子 。
如果说电子是一个足球 , 而质子是一个足球场 , 那么整个氢原子就可以算得上是一个地球了 。
氢原子之中只有一个质子和一个电子 , 为什么氢原子的体积会比质子和电子大了这么多呢?除去质子和电子之外 , 剩余的部分是什么呢?是空间 , 在质子和电子之外是看似什么都没有的空间 。 氢原子已经小到直径仅有0.1纳米了 , 而氢原子中的质子更是小得不成样子 , 直径约为1.7乘以10的-15次方米 , 而电子的大小只有不到质子的千分之一 。
电子作为一种基本粒子 , 可以说是物质的最小形态了 , 但它的大小并不代表最小的长度单位 , 也不代表理论上最小的体积单位 。 那么宇宙中最小的长度单位和最小的体积单位能够小到何种长度呢?我们将最小的长度单位称为普朗克长度 , 将最小的体积单位称为普朗克单位 。
普朗克时间是宇宙中最小的时间单位 , 为10的-43次方秒 , 比这个更短的时间没有意义 。
光速代表了宇宙间最快的速度 , 而光在一普朗克时间所移动的距离即为普朗克长度 , 约为1.6乘以10的-35次方米 。 如果说普朗克长度就是一粒米的话 , 那么一个质子的大小比整个地球还要大得多 。 当我们以普朗克长度作为边长构筑一个立方体 , 这个立方体的体积就是最小的体积单位 , 即为普朗克单位 。
【纤维素|氢原子由质子与中子组成,但它的体积远超二者,物质能有多小?】那么普朗克单位到底有多小呢?我们可以举一个形象的例子 , 假设真的有普朗克单位大小的物质 , 那么一个氢原子对于这个物质而言 , 就相当于一个宇宙 。 所以在尽情释放我们的想象力的时候 , 我们会幻想我们所生活的宇宙其实可能就是一个原子 , 这真是十分的有趣 。

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