人類可不可以從微觀入手,去制造宏觀物體?
- 教育綜合
- 2022-05-26 07:57:46
物質(zhì)世界微觀和宏觀的區(qū)別是什么呢?
我們所處的世界如此美麗,也是如此神秘。古往今來,人們通過神話、藝術(shù)、科學(xué)從各個不同的角度去解讀,樂此不疲,充滿好奇。
要認識我們自己所處的物質(zhì)世界,有微觀和宏觀的角度。相對而言,我們感官所及的世界是一個中觀的世界,其觀測的尺度限制在我們五官所能觸及的范圍之內(nèi),而借助科技的手段和思想實驗,我們所能理解和認識的微觀世界和宏觀世界,其尺度的大小超乎我們的想像。
在微觀的世界里,我們知道世間萬物都是由原子組成的,原子是由質(zhì)子、中子、電子組成的,原子還有更小的組成單位,夸克。電子和夸克還可再分嗎?如果還可再分,又是由什么粒子組成的呢?就我們目前的認知水平來說,尚不可知。
米、毫米是我們?nèi)粘K茏钪庇^認識的尺度單位。例如我們的身高大部分分布在1.5-2.0米,我們頭發(fā)的直徑大約是0.05毫米。
在微觀的物質(zhì)世界里,我們最常使用的單位是納米(namometer,nm),1納米等于十億分之一米(10^-9米),其尺度相當(dāng)于1根頭發(fā)徑向的5萬分之一。在1納米的長度上,只能排列幾個原子。有如下的尺度對比關(guān)系:病毒(100nm)→分子(0.1nm)→原子(0.1nm)→原子核(10^-5nm)→質(zhì)子(10^-6nm)→夸克(<10^-8nm)。
我們現(xiàn)在的工業(yè)技術(shù)已達到了納米級的水平,電子技術(shù)通常以納米來衡量組成芯片、電子線路或元件的細致程序,20納米制程工藝的約指甲蓋大小的芯片可以集成數(shù)十億個晶體管。
納米科技現(xiàn)在已經(jīng)包括納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米機械學(xué)、納米化學(xué)等學(xué)科。從包括微電子等在內(nèi)的微米科技到納米科技,人類正越來越向微觀世界深入,人們認識、改造微觀世界的水平提高到前所未有的高度。我國著名科學(xué)家錢學(xué)森也曾指出,納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)是下一階段科技發(fā)展的一個重點,會是一次技術(shù)革命,從而將引起21世紀又一次產(chǎn)業(yè)革命。
在宏觀的世界,地有多大,天有多高?單位米、公里不再能夠滿足我們大尺度空間衡量的需要。在太陽系內(nèi)我們用天文單位作為空間衡量的尺度,1天文單位也就是地球與太陽的平均距離,約為1.5億公里。這個空間概念我們可以想像一架常見的客機,其時速大約是885公里/小時,飛越此跨度的距離大約需要19.3年。太陽系直徑約為123億公里,平均82個天文單位。
在星系(如太陽系所處的銀河系)的大尺度空間內(nèi)(每個星系擁有像太陽這樣的恒星有幾百到幾萬億顆),需要有更大的空間單位來衡量這個更大的尺度,我們以物質(zhì)世界中運行速度最快的光在一年內(nèi)所經(jīng)過的距離作為空間單位,稱為光年,來衡量大尺度空間。1光年的距離約為9,460,730,472,580,800.8米,約9.46萬億公里((9.46*1012千米),約為6.32388萬個天文單位。這個空間尺度概念我們可以想像世界上最快的飛機(2004年11月16日,美國航空航天局(NASA)的飛機最高速度紀錄是11260公里/小時)。飛越1光年的距離需要用95914年。而常見的客機時速大約是每小時885公里,這樣飛越1光年則需要1.22033百萬年。目前人造的最快物體是1970年代聯(lián)邦德國和美國NASA聯(lián)合建造并發(fā)射的Helio-2衛(wèi)星,最高速度為每秒70.22公里(即每小時252792公里),這樣的速度飛越1光年的距離約需要4272年的時間。
人類目前所能觀測到的空間尺度約為150億光年,在這個以150億光年為半徑的球形空間里,目前已被人們發(fā)現(xiàn)和觀測到的星系大約有1250億個。
在宏觀的大尺度空間里,人是何其卑微,只是塵中的塵。即使以極限的速度去穿越,人的生命是何其短暫,猶如蒼駒過隙。
仰觀宇宙之大,人類如此卑微,只能心懷敬畏。
注1:就我們感知而言,我們可以感覺到靜止的存在,而其實在微觀或宏觀的世界中,運動是絕對的,微觀層面分子的運動與宏觀層面星系的運動永不停歇。
注2 :處于不同運動狀態(tài)或速度的物體,按愛因斯坦狹義相對論的原理,其尺度會有相對的差別,速度越快,尺度相對收縮,當(dāng)然在我們?nèi)粘5退龠\動是沒有明顯的差別的,越接近光速,差別越明顯。
質(zhì)子,電子,離子是微觀還宏觀的,微觀的物質(zhì)能用到現(xiàn)實中嗎>
質(zhì)子,電子,離子是微觀物。因為人類生存于宏觀世界,所以微觀的物質(zhì)很難應(yīng)用于人類的宏觀世界。但是,科學(xué)家們致力去研究微觀物是為了由微觀物的研究中得到對宏觀世界的啟示與應(yīng)用。電子的質(zhì)量約為9.10 × 10~-31 kg。人類的質(zhì)量約為6× 10~1 kg。地球的質(zhì)量為5.975x10^24 kg。電子是人類的微觀粒子,那么人類也就是地球的微觀粒子。人類可以用肉眼可見到的所有物質(zhì),是否都是由微觀世界的粒子組成的?
其實對我們來說,現(xiàn)實中大多數(shù)的物質(zhì)都是由微觀世界中的粒子構(gòu)成的,因此萬物構(gòu)成的本質(zhì)本身就是粒子的組合,而對我們來說,人眼中的世界真實存在的物質(zhì)也是由微觀世界中多個粒子共同組成的,所以可以從以下幾個方面出來思考問題。
1,目前來說人們眼中可看到的物質(zhì)本身就是微觀世界的存在一種形態(tài),而對于我們來說這些物質(zhì)也是有構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子單位所組成。其實對我們來說,人眼中所看到的真實世界都是由物質(zhì)組成的,而構(gòu)成物質(zhì)的元素,也就是微觀世界的例子,所以從某些意義上來講,我們眼中看到的事情確實是微觀世界粒子的存在形態(tài)。
2,目前來說人們的科學(xué)存在局限性,也正是因為如此尚未發(fā)現(xiàn)一些并非是微觀世界粒子構(gòu)成的物質(zhì)。其實目前來說,人們的科技水平確實存在一定的局限性,人們的認知也受已有科技水平的影響,所以人類的科技尚未偵查到那些并非微觀世界的粒子構(gòu)成的物質(zhì),也正是因為如此說,人類可以用肉眼可見的,所有物質(zhì)都是用微觀世界粒子組成的,也是準確的。
3,世界中很多物質(zhì)也并非完全意義上的粒子構(gòu)成,而對于一些反物質(zhì)來說本身存在形態(tài)相對較為特殊,而我們?nèi)庋垡矡o法觀察到。其實不得不說,是世界上確實存在我們?nèi)庋蹮o法觀察到的物質(zhì),而這些物質(zhì)可能是其他的基本粒子組成的,但是我們稍微真實的了解這些物質(zhì)的屬性,而對我們來說人們已知的組成世界的物質(zhì),確實是這些微觀世界的粒子構(gòu)成的,也正是因為如此,我們所處的世界本身就是一個微觀世界的粒子的組合體。
其實對我們來說,是我們?nèi)搜劭煽吹降氖澜缋锩娴乃形镔|(zhì),確實是由微觀世界粒子組成的,當(dāng)然也可能確實會存在一些比較特殊的或者構(gòu)成形態(tài),因此更需要科技的發(fā)展,幫助我們更好了解這些物質(zhì)的屬性。