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世上没有两片相同的叶子,那有没有两个相同的原子呢?

这个是认证

科学信仰

2022-02-27 07:55

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世界上没有两片完全相同的叶子,你同意这个观点吗?你同不同意都不重要,因为现在看起来这就是一个事实。

德国哲学家莱布尼茨在担任宫廷顾问期间,曾经对国王说过这样的一句话:“天地间没有两个彼此完全相同的东西”,侍女们听到了这句话,便走进花园,纷纷寻找起叶子来,结果真的没能找到两片完全相同的叶子,于是便有了前面的那句话:“世界上没有两片完全相同的叶子”。这是一个哲学问题,但也是一个科学事实,因为在宏观世界之中的确找不到两个完全相同的东西。叶子是自然长成的,找不到相同的是理所当然,难道人造物品也找不到完全相同的吗?是的。


家中成套的玻璃酒杯,看起来每个杯子都一模一样,但只要我们将其放到显微镜下,就能够看出他们每一个之间都存在差别,而且非常明显。

那么世界上为什么找不到两个完全形同的东西呢?因为宏观世界的物质结构都太过复杂了,就拿玻璃杯来说,构成一个玻璃杯的原子可谓是不计其数,根本不可能保证这些原子的组成都一模一样,况且宏观世界的一次轻微接触,在宏观世界看来不会引起任何的变化,但却会引起微观世界的巨变,从而导致两个看似一样的物品在微观视角下变得千差万别。那么,在宏观世界里找不到两个完全相同的东西,那么在微观世界又当如何呢?


微观世界里有什么?

原子,就是我们最常听到的微观物质,它的基本结构就是原子核与核外电子,而原子核又由质子和中子所组成。不同的原子肯定是不一样的,比如在元素周期表中排在第一的氢原子,它的构造非常简单,只由一个质子和一个电子所组成。而排名第二位的氦原子核内则拥有两个质子和两个中子,很显然,氢原子与氦原子的差别是非常巨大的。两种不同的元素之间有着明显的差异,同一种元素的各个同位素之间差异一样很大,比如氢的同位素氘的原子核内有一个质子和一个中子,而另一个同位素氚的原子核内则拥有一个质子和两个中子。


不同的元素,以及同一种元素的各个同位素之间都是存在差异的,那么如果就是两个氢原子,它们是否完全一样呢?

要判断两个氢原子是否完全相同,就必须要着眼于氢原子的内在结构,而非外在属性。这就好比一个人,他的内在结构就是构成他身体的组织细胞,而外在属性就是他的衣着和行为等等。那么氢原子的外在属性是什么呢?就是它所拥有的能量,比如运动速度较快的氢原子拥有更高的动能,而运动速度较低的氢原子的动能则较低,但这是可以改变的,所以并不能以此来判断两个氢原子是否相同。那么什么是氢原子的内在结构呢?就是组成它的质子和电子。


从本质上来讲,要判断两个氢原子是否一样,就必须要判断组成它的质子和电子是否完全一样,但这是做不到的,至少现阶段做不到。

为什么做不到呢?因为它们太小了。质子的直径为1.6~1.7x10∧-15m,如此小的物质,我们根本没有能力去观察它们之间是否存在着差异。但这并不是说我们就没有办法对两个原子是否相同作出判断,我们可以从原子的量子态入手。所谓原子的量子态就是指这个原子系统的状态,这其中包含了很多的内容,比如微观粒子的波函数、质子或电子的自旋等等。以自旋为例,如果两个氢原子中质子和电子的自旋不同,那么这两个氢原子就是不一样。


如果两个氢原子中的质子和电子的自旋、粒子的波函数等所有量子态都相同呢?那么我们就可以说这两个氢原子是完全相同的,在物理学中就将这样的粒子称之为“全同粒子”。

关于“全同粒子”,在量子力学中还有着这样的一个假设,那就是系统内的任意两个全同粒子交换位置,不会改变系统的状态。现在我们知道了,宏观世界的规则与微观世界并不相同,宏观世界里找不到两片完全相同的树叶,但在微观世界却可以找到两个完全相同的原子。不过微观世界的“完全相同”还是要加上一个引号,因为它们只是在现有的认知条件下完全相同,至于二者是不是真的完全相同,现在还不能作出最终的定论。

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这个是认证
闲智哥
“奇怪的知识增加了!”
2022-02-27 14:33
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这个是认证
凡尘不过一句戏言
是的呢
2022-02-27 12:43
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猫友1470270
没有的
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