物质是无限可分的吗?

蒲公英的约定数


量子力学的研究表明,物质并不是无限可分的。从现有技术来看,标准模型下的61种基本粒子,就是属于不可分类型的物质了。


关于这类问题,古人很早就开始思考了。现代科学研究表明,我们日常生活中所见到的物质都是由原子构成的,原子则由原子核(质子和中子)和电子组成,而质子、中子等强子则由更基础的夸克构成。



无限这种概念只存在于数学领域,不适用于现实世界。地球上的沙子确实很多,多的几乎数不清,但是地球上沙子的数量肯定是有限的。从数学上来看,将1不断除以2,永远也除不尽,只会变得越来越小。

如果物质是无限可分的,就会产生很多悖论。其大无外,其小无内,很明显这样的物质在宇宙中不存在。一个物质无限分下去,最后会变成无限多个点,这本身就很不可思议。

无限可分本身就意味着连续,而量子力学描述的是离散量。在微观世界中,物质的运动变化是不连续的。物质只有存在最小尺寸,才能符合量子力学的描述。在量子力学中,物质所能存在的最小尺寸被称之为普朗克长度,即1.6x10^-35米。除此之外,还有普朗克时间、普朗克质量等概念。

为了解决物质的终极结构问题,科学家们提出了弦理论,认为物质本质上是由微小振动的弦构成的。弦的不同振动模式,对外表现为不同的粒子。


弦论抛弃了点粒子的概念,认为粒子是由一维的弦构成的。在此基础之上,科学家们又提出了膜理论。不管是膜理论还是弦理论,目前都还停留在理论阶段,现有的技术手段根本无法证明。

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科学探索菌


答:物质是不能无限细分的。


“一尺之棰,日取其半,万世不竭“,这是古代庄子的思想,在数学中成立,但是在实际当中行不通,因为根据现有物理理论来看,物质存在最小单位。

生活中见到的大部分物体,都由原子组成,原子又由原子核与核外电子组成,原子核本身还可以细分为质子和中子,现代物理学中能接触到的基本粒子,有夸克、电子、光子、中微子、希格斯玻色子等等。


在量子力学中,到了基本粒子层面后,物质就无法继续分解了,至少在当前科学技术层面无法细分,这些基本粒子的组合,构成了纷繁复杂的物理世界。

另外量子力学指出,宇宙存在最小尺度“普朗克长度”,数值大约是1.6*10^35米,低于这个长度是没有意义的:

在一些较为前沿的理论中,比如超弦理论,就认为事物由更小的“弦”组成,电子、夸克和光子等等,都可以继续细分为“弦”,弦以不同的方式震动得到了不同的粒子。

弦的尺度数量级为普朗克长度,以现有的实验技术,远远无法探寻弦理论研究的尺度,所以超弦理论目前还处于理论研究阶段,也是被看好的最有可能成为终极理论的理论。

量子力学的观点,就是假设世界是离散的,长度、时间、空间都是离散的,这样的处理方式能避免很多悖论,也非常符合实验观测数据。


在数学中,有一个非常有趣的数学悖论,叫做“巴拿赫-塔斯基悖论”或者分球悖论,该悖论建立在选择公理上严格推导出来。

分球悖论的大致意思,指的是一个三维实心球,可以通过细分为有限部分,每部分又分为无限份,然后仅仅通过旋转和平移,就可以重新组合成两个完全一样的实心球,而且和原来的实心球一模一样(质量相同,密度相同,半径相同)。


该悖论或者说定理,在数学推导上无懈可击,但是明显违背了物理定律,其中的关键在于,分球过程涉及“无限细分”,一旦物理世界不能无限细分,那么该悖论就无法在物理世界中出现。

这一悖论似乎暗示着物理世界不能无限细分,但是仅仅是一种暗示而已,大自然规律是和谐与美妙的,当然不允许这样的悖论在现实世界中发生。


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物质是无限可分的吗?

从2000年前的古代哲学家提出原子是不可分割的基本组成,直到2000年后汤姆森、卢瑟福等人发现了电子以及原子的结构,证明原子是可以分割的。

后来科学家又发现了质子、中子。在50年前,美国物理学家盖尔曼提出了夸克模型,夸克由于强力形成一些复合粒子诸如质子、中子之类。

夸克就是物质世界最基本的组成单元了吗?

肯定不是,由于夸克禁闭现象的存在,科学家还尚未了解夸克的具体模样,夸克由什么组成呢?

现在的弦论认为夸克是由一种一维的弦构成的,可以把这一维的弦看成是一小段能量,尺度非常小,即普朗克尺度,10^(-35)m,而现在人类的能力只能探究到10^(-18)m这样的微观层次。

显然,在夸克之下还有着更多的阶梯,等着人类去发现。

现代物理认为普朗克长度(10^-35m)就是最小的单位了,小于这个单位就失去了物理意义,即不存在,也就是说,物质是无法无限可分的,总会有一个最基本最基本的组成。

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科幻船坞



我们中国古代道家代表人物庄子(约前369――前286年)曾说:“一尺之棰,日取其半,万世不竭”,体现了物质是无限可分的思想。而差不多同时代古希腊的德谟克利特(前460――前370年)却提出物质原子论,他认为一切事物都是由原子和虚空组成,虚空是原子的活动场所,是真正的空无一物,这些原子并不一样,但不可再分,原子是组成物质的最小单位,这些原子没有实质内容。他还认为原子是一种存在,虚空是一种非存在,非存在不等于不存在。这些思想与现代科学思想很接近。道尔顿就是在他的理论基础上发展成近代原子论。只不过现代科学理论认为原子是化学变化的最小单位,不是物理上的最小单位,原子还是可分的,卢瑟福α粒轰击散射实验证实原子由原子核和核外电子组成,而原子核由质子和中子组成。1964年美国的盖尔曼提出质子和中子是由夸克组成的模型,1968年被发现。那夸克又有什么组成的?量子力学的思想是物质应该存在最小组成单位即基本粒子,物质不能无限可分。于是一场寻找基本粒子的行动开始了,历经三次变更,目前确认存在62种基本粒子,数目有点大。那它们真的不能再分了?现代科学认为这些基本粒子是“可分而不可分离”,就是它们是有质量内容的,不是虚空,所以应该有“东西”组成它们,但这些“东西”又不能单独存在,因此不能分离。“量子”的精髓是数学上比量子更小的东西是没意义的。以此来锁定物质的无限分割。这些基本粒子就是量子。

针对上面的观点,有的科学家提出质疑:物质不能无限可分在哲学上逻辑上讲不通。第一,基本粒子数量太多,失去了基本的意义。好多粒子都是为满足标准模型才出现的,如果没有,就用大型对撞机去撞击产生,直到撞出理论预测的粒子,好多人为撞击产生的粒子寿命短的只有10的负几十次方秒,这样下去,基本粒子的数量还会增加,想要什么样的就能“制造”什么样的。从这个意义上说,基本粒子不基本。第二,正如上面所说,基本粒子有质量有实质东西,实质东西就应该有大小有多少,这个“东西”不管能不能独立存在,它都是基本粒子的组成部分,是基本粒子分的,是更基本的东西,再往下一层,这个东西还是有内容,有内容就能继续分,……直到从有形实质变为无形虚无,就像数学上的极限,这样才算完美。极限是什么?极限既是目标结果,过程又是数学上的无限。因此物质应该是无限可分的,根本不存在基本粒子。从这里也可得出结论,物质是由虚空组成的。

两种观点走向两个极端,一种认为存在基本粒子,物质不能无限分割。一种认为不存在基本粒子,物质能无限分割。第一种观点认为所有物质都是由62种基本粒子不同的组合组成,虽然基本粒子种类多一点,但比说“所有物质都是有最最基本的一种粒子组成”更合理一些。但由此还是容易引出一个问题:为什么有不同的基本粒子及不同的组合方式组成不同的物质?本质上都是由一种最最基本粒子组成的物质为什么出现差异?还有同一种基本粒子比如说中子质子吧,所有的中子都一样吗?所有的质子都一样吗?答案是宇宙中不会存在完全相同的两个东西,包括基本粒子数量级的,因为完全相同就没有存在的必要了,这应该是个具有普适性的宇宙基本原理。从这个意义上说根本不存在基本粒子,每一个基本粒子个体都是不一样的。这也部分解释了物质出现的差异(物质多样性)。还有我们一定不要犯牛顿时代的机械论,认为原子是世界的本原,原子的属性就是物质的属性,所有运动现象都理解或归结于机械运动。实际上宇宙复杂的很,物质和物质之间、物质和意识之间都存在着联系,它们是一个系统。不能单纯把物质归结为只是由什么基本粒子组成,它们还存在一些别的东西,这才是物质多样性的真正原因。所以第二种观点认为不存在基本粒子还是有一定道理,至于物质是否无限可分的问题,应该说现在就分到这一层了,以后肯定能分下去,最后分到和宇宙本质相通。所以物质的分割与对宇宙的认识层次紧密相连,物质的分割最后必然和宇宙的其它东西联系在一起。

另:西方有的科学家提出“超弦”理论,M理论,他们抛弃基本粒子是点粒子的看法,取而代之的是一维的弦,实际上“弦”是什么物质的问题仍然没解决,最后又回到了原来的问题了。解决此类问题还是我们东方。


物原爱牛毛1


空间不空,物质不实。这是人类近百年来随着科学的发展所达到的共识。空间不空,空间作为物理背景,是会影响物质的行为。狭义相对论就是物质在高速情况下关于空间效应的理论,比如光速不变以及光速是不可超越的;广义相对论是物质在宇观情况下关于空间效应的理论,比如光线弯曲和引力红移;量子力学是物质在微观情况下关于空间效应的理论,比如波粒二象性和量子性;至于物质不实的认识则是因为卢瑟福用电子轰击原子时只有极少数电子被反射回来,说明质量集中在极小的原子核中,物质的体积只是电子的运动所产生的屏蔽效应。而且,既便是质子也不是点粒子,质子也是有结构的,是由更加细小的量子组成的。根据有机的量子宇宙景观,空间是由离散的量子构成的,物质则是由数个量子组成的封闭体系,质量是被封闭的能量。当作为封闭体系的物质被分割至只剩下一个量子时,封闭体系就不再存在了,还原为空间的一份子,没有什么可以再被分割的东西了。因为,作为量子的本征参数普朗克常数h,是量子的角动量,具有守恒性和不可分割性。所以,当物质被分割至空间时,分割就到此为止,是不能被无限分割的。类似在宏观的层面上,冰被分割至水分子时就无法再继续进行下去了。


淡漠乾坤


首先,物质不是无限可分的,所谓“无限可分”的概念只存在我们想象中,或者说只存在数学概念里!在数学领域,数字可以无限“分割”,你可以把数字“1”无限地平分下去,永远每走尽头。也可以说你不可能找到“比0大的最小的数”!

但有时候数学概念并不一定适用于物理定律和现实世界,从这点来讲,数学并不是科学,它只是人类探索宇宙的手段,为人类服务的!

那么是否存在不可分割的物质呢?

目前的科学发现并没有指定那些物质是不可分割的,但存在一些基本粒子,比如说电子,中微子,希格斯玻色子,夸克等,我们并没有真正发现这些粒子是否具有内部结构!

不过即使这些基本粒子有内部结构可以再分,但由于物理学上存在最小的长度,意味着基本粒子不可以无限分割下去!

这个最小的长度就是“普朗克长度”(对应的还有普朗克时间和普朗克温度等),这个长度是由普朗克常数,光速和引力常数的数值决定的,约等于1.6x10的-35次方米,相当于一个质子大小的10^22分之一,被任性是“有意义的可测量最小长度”!

普朗克长度的存在可以避免一些悖论的产生,也意味着我们的时空结构并不是连续的,在最小的时空结构层面存在着时空“跳跃”!


宇宙探索


我认为物质是可以无限划分下去的。

早在春秋战国时期,庄子就提出过“一尺之棰,日取其半,万世不竭”,这样的观点,在数学中叫微积分,但是在实际当中行似乎不可能,因为按现代物理学的研究成果来看,物质存在最小单位。也就是分到最小就分不下去了。

我看未必如此,按历史发展观来着,早在2500多年前,庄子他们争论的观点相当可笑,可是到了近代,产生了数学,物质学,化学等自然科学,证明了庄子的观点一点也不可笑,而是会十分敬重他们。

因为物理学,化学等发现了细胞,原子等细小物质,随着物理学的进一步发展,有可能无限深入下去。按现在的物理学,化学等成果得出结论还为时过早。


飞飞猫1


个人认为,宇宙或许是个无限套娃模型。

其大无外,其小无内。

原子,与太阳系这样的恒星系统有高度相似性。任何物体高倍放大,都与已观测之宇宙有相似性。可以推想,人体一个器官,世间一件物体,未尝不是一个“宇宙”;而整个宇宙或为更高阶存在的一个类似大脑器官。

大为粒子,小为波。波粒二象,质能二象。阴阳互化,有无相生。

单个光子呈现粒子特征,大量光子集体运动则会呈现波动特征。

微观领域,可精确观测刻度内呈现实物粒子(物质)状态,再微观细分刻度内则呈现波动(能量?)状态。观测技术进步后,原以为波动状态的观测刻度内又会呈现为粒子状态,而其再细分刻度内仍呈现波动状态。微观领域越无限细分,基础单元似乎以“能量”形式存在,越接近于“无”。也许从比宇宙更高一阶的存在观测,地球上的动植物只是无法确定形态跳动的能量。

视野自动拓展,无边无际,无穷无尽。

个人认为人类,在宏观领域,永远无法观测到宇宙的边际;在微观领域,也永远无法寻找到最小基本粒子。大至宇宙,小至亚量子领域,对人类而言,均具有视野自动拓展性。不管人类观测技术如何进步,在宏观领域都无法找到宇宙的边际,永远只能发现更远的星团星云;而在微观领域,都会发现刻度更小的粒子状态或波动现象,永远无法确认“基本粒子”、微观尽头。

古有庄周梦蝶,今有“亚量子&超阶宇宙梦”。


白马非马1001


看得出,您想问物质的最基本构成。物质不只是我们所看到或所触摸到的,所认识的那个概念。其实“物质”这个概念是我们从外向内跨层次认识的物理特性空间。

这样说吧:只要有能量的空间就有差异性,同层次的差异导致空间运动,空间运动导致空间外层出现磁场,磁场会由内向外层层相反组合。不同磁场中心的空间“所谓的物质体”在远离夸外层时会提现出相互吸引,在靠近跨内层时会相互排斥。只要是跨层运动就会出现磁场结构矛盾。这就是物质体积形成的原因。

具体描绘一下跨层磁场矛盾。磁场总是层层箱套的,在分界处,就是左右相反的两个磁场,当外来磁场未达到分界线时可以通过旋转180°调节方向来构成相互吸引。当,两个中心不同的磁场靠到分界处时,继续靠近就会出现磁场矛盾,进入彼此内层还未全部进入状态时,由于无法同时符合对方分界线内外两个不同方向相反的磁场,所以会出现排斥性体积。物质体积就是这么被人认识到的,但那绝不是物质的全部……


爱因斯坦也是民科二


物质的分级程度,取决于物质的分布状态。把物态分布的密度大小的分级,简称“密级”,包括“质量密级”与“能量密级”。就可以说:物质的分级——取决于——物态的密级。

笔者根据前沿物理的测量与实验成果,将物态分为三类九级,从最高密度/最小熵值的中子态,到最低密度/最大熵值的场量子态,场量子是宇宙中的最小基本单元。见下图。


▲三大物态体系的密级总序列示意图

结合态,包括三个密度级别,按大小有:中子态>固态>液态。也叫凝聚态(condensed)。中子态是宇宙中最大密度的物质形态。

分散态,包括三个密度级别,按大小有:常规气态>等离子气态>超低温气态。超低温气态,包括:玻色-爱因斯坦凝聚态与费米子凝聚态。

介质态,是吸纳与传播能量与力的真空场介质,包括三个密度级别,按大小有:电磁场>引力场>基态真空场。

基态真空场,是几乎绝对零度的最低密度的真空场,其量子化单元,叫场量子。

公设定义:场量子是以光速自旋且以光速做最无序震荡的最小物质单元。

附言:若对笔者的物质定义,有不同意见的,请给出定义,并简述理由。谢谢。

物理新视野,旨在建设性新思维,共同切磋物理/逻辑/双语的疑难问题。


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