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望眼欲穿什么意思,望眼欲穿什么意思是什么意思(构成万物的基本粒子有多小)

02-12 互联网 未知 投稿

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1、望眼欲穿什么意思

你知道“望眼欲穿”的意思吗?对这个成语你又有多少了解呢?让我们一起来看看吧!

操作方法

望眼欲穿,读音 wàng yǎn yù chuān。

出自唐朝诗人白居易的《白居易的《江楼夜吟元九律诗》》:“白头吟处变,青眼望中穿。”

形容盼望殷切,快把眼睛望穿了。

望眼欲穿一般用在“殷切期盼”的表述上。
望眼欲穿的近义词:力所不及、望穿秋水、无能为力、令人神往、望眼将穿。

2、构成万物的基本粒子有多小?

电磁波谱各个部分的大小、波长和温度/能量。(© NASA & Wikimedia Commons)

当你取任何数量的物质时,不管它多大或多小,构成它的只有两个选项:要么它可以被分割成更小的物质,要么它是真正基本且不可分割的。在19世纪的大部分时间里我们都认为原子是基本的,最小的实体,原子的希腊语是“ἄτομος”,译为“不可切分的”。但我们现在知道的更多:原子是由原子核和电子组成的,而原子核则是由质子和中子构成的,它们又可以继续被分割成更基本的夸克和胶子。但是,我们可以继续分割下去吗?我们要如何得知这些粒子的“大小”?

“大小”其实是一个很难的概念,但是量子力学可以帮助我们理解。

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△ 一个并五苯分子,由IBM的原子力显微镜拍摄。(© Alison Doerr)

上面的这张图片显示的是一个相对简单的分子中的原子,拍摄该图的技术与传统拍摄技术并无很大的区别。光是由光子组成的,具有波的性质,因此当光子与其他物体相互作用的时候,光子会携带一定的信息。光具有波的性质使我们能够利用光来拍摄特定大小的物体。之所以说特定大小时因为利用波来探知物理世界的问题是,你所得到的影像品质受限于所使用的波长。举个简单的例子,假设在游泳池中的水波波长为1米,此时你把一根很细的木棍竖直插入游泳池,池里的水波会不受干扰的通过木棍,因为一米波长的水波不会被如此小的物体所影响。因此,如果你想知道木棍的信息,你就需要用跟木棍大小一般的波长或更短的波长。这也是:

  • 为什么你需要一个相对较大的天线来接受无线电波,因为无线电波的波长较大需要大量的天线来探测它们。

  • 为什么微波炉门的“洞”能够把微波困住在微波炉内,因为微波的波长比洞的大小大。

  • 为什么在太空中的尘埃颗粒可以很好的挡住短波长(蓝色)的光,但对长波长(红色)就无法进行有效的阻挡,以及为什么对于更长的辐射(红外)而言尘埃完全就是透明的。

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巴纳德68,尘埃丰富的博克球状体。左边为可见光成像,右边为红外成像。红外线完全没有被尘埃阻挡,因为尘埃颗粒太小了不与长波长的光作用。(© ESO)

简而言之,一个光子最多只能用来探测到与其波长相当或者较大的尺度。如果你想“看见”越来越小的尺度,你就需要用波长越来越短的光子。由于光子的能量和波长是呈反比的,这就意味着需要越来越高的能量来探测越来越小的尺度。

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光子不同的波长对应不能的能量。我们的眼睛看到的称为“可见光”,其波长在400-700纳米左右。通常来说,这已经小到足以让我们不去担心波长解析度的问题,因为我们不看宽这个区间的物体。(© Philip Ronan)

但光子并不是唯一的选择;其它任何高能粒子都可以用来探索物质的大小,是不是立马就想到了粒子加速器?量子力学的一个有趣规则是并不是只有光子表现的像波,所有的粒子都具有波的性质,包括复合粒子,比如质子,以及任何就目前所知不可分割的粒子(比如电子),这便是所谓的“波粒二象性”。所以,我们只要把一个探测粒子放进加速器,并加速粒子使其接近光速,以获得更多的动量/能量。当粒子的能量足够大时波长也相应的足够小,此时将粒子撞击一个静止的靶心,并记录下发生了什么。从中我们就可以获取许多信息。

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电子双缝实验的干涉图案。电子具有波的性质,因此可以用来绘制图形或探索粒子的大小。(© Thierry Dugnolle)

通过这个技巧就可以得知:

  • 原子并不是不可分割的,它们是由电子和原子核组成的,大小为1 Å ,或10⁻¹⁰米。

  • 原子核则可以继续被分割成质子和中子,它们各自的大小为~1fm,或者10⁻¹⁵米。

  • 如果用高能粒子轰击质子和中子内的粒子,即夸克和胶子,它们并不会显示出任何内在结构,就像电子一样。

对于每一个标准模型的粒子,我们都已经确定它们是否有着复合的本性,或者是与点状不同的物理“大小”,它必须是小于10⁻¹⁹米左右。

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深度非弹性散射在测量原子、原子核以及单独的质子和中子的大小上非常成功。用该方法发现了我们认为真正基本的粒子:夸克(标准模型中的粒子)。但它们是真正基本的吗?它们真的是点状的吗?或者它们有确定的大小吗?(© Fermilab)

曾经有一个时期科学家还不知道量子力学,但他们知道爱因斯坦的著名方程:E=mc²。如果你测量了一个电子的电荷,并知道了电子质量,你就可以推导出电子的大小,即经典电子半径。这个半径非常小,等于:

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但我们知道这是错的!这个结果其实比质子的大小还大,并且要比现在对它的最佳限制的大小要大出1000倍。换句话说,粒子都拥有量子本性,如果你能够达到随意高的能量,真正基本的粒子应该都是点状的。

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标准模型中的粒子和反粒子。(© E.Siegel)

所以,当我们提到基本粒子的大小时,我们谈论的是对真正基本的追寻。标准模型中的粒子真的是不可在分割的吗?如果是,我们应该能继续往越来越高的能量探索,直到普朗克能量(在10⁻³⁵米的尺度),并且不会发现其它任何不同于点状的行为。在这个过程中,我们或许会发现一些(或全部)粒子可以继续被分割,或者它们真的是由弦或膜组成的。但就目前我们所知道的,粒子的真实大小都是非基本的。所有的东西都只是一个上限,对越来越小尺度的探索仍然在继续。

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