四川
幾乎每個人都好奇過：把一個物體無限放大，最后會變成什么樣？是會停在某個節(jié)點，還是能永遠細分下去？
想要搞清楚這個問題，得先從人類最基礎的視覺邏輯說起。我們能看到一個物體，本質是三個要素在起作用：光源、被觀察的物體，以及接收光線的接收器。
對人類來說，人眼就是接收器。但不是所有光線都能幫我們看清細節(jié)，我們能分辨的細節(jié)，和所用光線的波長直接相關。只有當光的波長和被測量的目標細節(jié)尺度大致相同或更小時，我們才能看清細節(jié)。
這就像海面上的船：如果海浪波長比船大得多，海浪會直接繞開船體，船不會感受到任何作用；只有當海浪和船的大小相當，兩者才會發(fā)生強烈的物理反應。
放到微觀世界里也是一樣，如果想用一束光看清物體上的目標細節(jié)，所用光源的波長必須小于或等于這個尺度。
1905 年，愛因斯坦在解釋光電效應時發(fā)現(xiàn)，只有把光當成粒子流才能說得通。他提出，每個光子都有明確的動量和能量，結合普朗克常數 h，就能通過波長計算出光子的能量。想要看清更小的物體，需要的光波長更短，能量也就更高。
可見光的波長大約 0.5 微米，和細菌大小相當，這也是普通光學顯微鏡的分辨極限，無法看到 0.1 納米級的原子結構。
想要分辨單個原子，需要波長和原子大小相當的光，也就是 X 射線。但 X 射線的波長無法無限縮短，存在理論極限。
如果不斷增加電子的能量，就能看到無限小的物質結構嗎？能看到夸克內部，甚至弦的震動嗎？
這里藏著一個致命的矛盾。根據現(xiàn)有公式，我們要分辨的細節(jié)越小，需要的能量就越高。但把極高的能量聚焦到極小的空間區(qū)域時，會發(fā)生什么？
根據廣義相對論，時空會因為能量和質量發(fā)生彎曲。當我們把越來越多的能量塞進越來越小的區(qū)域，能量密度會急劇飆升，最終在某個臨界值下，該區(qū)域會在自身引力作用下坍縮成微型黑洞。
一旦形成黑洞，探測粒子就再也無法返回，信息徹底丟失，探測行為也就失效了。
簡單來說，當我們試圖看清的尺度小到一定程度，用來探測的能量會直接把這片區(qū)域變成黑洞，讓我們永遠無法獲取任何信息。這個臨界尺度，就是普朗克長度。
我們可以通過公式推導這個極限：把史瓦西半徑公式和能量公式結合，最終會得到一個固定的尺度，代入常數后計算，約化后的普朗克長度約為 1.6×10^-35 米。
小于普朗克長度的世界，和我們的宇宙沒有任何因果關系，這就是那道無法逾越的空間墻。
普朗克長度比質子小 20 個數量級，原子核內的質子和普朗克長度的差距，相當于人體和整個銀河系的差距。原子到普朗克長度之間的尺度，甚至能裝下一個 “小宇宙”。
弦理論正是從普朗克長度出發(fā)，提出了全新的物質結構認知。標準模型里的夸克、光子、電子，都不是最小的粒子，它們和普朗克長度還有至少 7 個數量級的差距，說夸克不可再分，根本站不住腳。
弦理論認為，宇宙的基本組成是長度和普朗克長度相當的弦，不同的振動模式，才演化出了我們如今看到的各種基本粒子。
想要驗證弦理論是否正確，就必須探測到普朗克尺度，但這需要的能量，是當前人類最強的大型強子對撞機（LHC）的 10^15 倍。
如果按照 LHC 的周長同比例放大加速器，想要達到這個能量需要的周長超過 4×10^16 公里，相當于 4000 光年，這對人類來說幾乎是不可能完成的任務。
不過，人類不必過于悲觀。普朗克長度雖然是宇宙的最小極限，但距離我們的現(xiàn)實世界無比遙遠。宇宙設置了這道空間墻，但墻內的世界，依舊浩瀚無垠。
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