物质粒子为什么不能无限分下去？极限物质为何是同一体存在？

先说第一个问题：为什么物质粒子不能无限分下去？

一、物质是否可以无限分，东西方认识不同

物质粒子能不能无限地分下去？东方人和西方人有些不一样。西方人在古希腊时就主张物质分割一定会有尽头，那个尽头就叫“原子”，比如，德谟克利特探讨物质结构问题，就提出了原子论的思想，

他认为万物的本原是原子和虚空，物质只能分割到原子，原子是一种最后的不可分割的物质微粒，它的基本属性是"充实性"，每个原子都是毫无空隙的。而近代德国哲学家、数学家莱布尼茨则叫它单子，认为单子是不能分割的，是构成事物的基础和最后单位。

而东方人普遍不这样认为。比如道家《庄子-天下篇》提出一个命题，“一尺之棰，日取其半，万世不竭”。这看起来十分精辟，符合高等数学无穷小概念。

东方的佛教中也有这种类似的思想，即“大千世界”的说法：1000个小世界组成小千世界，1000个小千世界变成一个中千世界，1000个中千世界就成为一个大千世界。大千世界包括小中大三种世界，他们的结构以一千递进，所以称之为三千大千世界。说明，这里的“千”也并不是我们所理解的一千个，它只是表示极多的意思。而小千世界下面，又仍然可以再分。所谓“一粒沙中有三千大千世界”。如下图，大家看看它的组成，它里面到底是些什么。

《华严经》说，一花一世界，一叶一菩提。意思是：从一朵花里就可以看出整个世界，用一片叶子就能代表整棵菩提树。而《地藏经》则说：一物一数，作一恒河。一恒河沙，一沙一界。一界之内，一尘一劫。一劫之中，又有成住坏空四个阶段。但其本质，聚散生灭都是沙。

这种思想明显比庄子的思想更为精致，更为巧妙。而且在真实的物理世界中似乎也得了印证，比如我们所生活的太阳系，由一个太阳和九大行星组成一个旋转环绕的体系。而原子的内部结构也恰像一个小小的太阳系，若干电子围绕原子核分层旋转。这很像所谓“小千世界”。那么整个太阳系，会不会是另一层更大的“大千世界”中一个小小的原子呢？

当然，这只是表面的相似罢了，它们的相似只是出于同样的力学原理，即圆周运动与向心力的原理。我们都很清楚，电子决不等于我们的地球，那上面决不会另有天地万物，海洋大陆，人言兽语，儿女情长。

二、 数学、哲学的物质可分，不等于真实的物质可分

不能把一般的哲学、数学推想当作现实，自然科学中的物理学、化学、生物学等，与哲学、数学都不一样，是实证科学，一切都要拿实验和事实说话，而不是凭空想象，无限推想。我们不能简单地把数学直觉当作真理。

比如哲学史上著名的芝诺的阿基里斯悖论：跑得最快的阿基里斯永远追不上跑得慢的乌龟。因为他首先必须跑到乌龟的起跑点，而这时候乌龟已经往前爬了一段路。当他跑完这一段路时，乌龟又向前爬了一段路。如此一直下去，无论什么时候阿基里斯追到了乌龟当前的位置，乌龟在他追赶的这段时间内都向前爬了一段距离，这个差距虽然在缩小但一直存在，在这无穷追赶过程中不会是零。因此跑得慢的乌龟永远领先，无法被超越。

芝诺另有一个“飞矢不动”悖论：意思是说飞箭在某一瞬间必定处在空间上的某一点，飞箭既然在路径的每一点上都是静止的，所以飞着的箭实际上并没有运动。这正确吗？

芝诺还有一个两分法悖论：一个人从A点走到B点，要先走完路程的1/2，再走完剩下总路程的1/2，再走完剩下的1/2……如此循环下去，永远不能到终点。这与庄子文章中提到的“一尺之棰，日取其半，万世不竭”，是一类说法。

这些，逻辑看似正确，但在现实中却是错误的。

这里，就拿“一尺之棰，日取其半，万世不竭”来说，为了叙述严谨，我们不用木锤，木头结构太复杂，由许多种高分子构成，我们就用分子结构简单的“铜棰”。“日取其半”，怎么取？当然用钢刀来切。在古人看来，我们只要不断地把钢刀磨锋利，就能永远地一半一半地切下去。但当铜棰切到非常细小时，问题就出来了。铜棰和钢刀都是金属，都是由原子构成的，钢刀磨到极锋利时，也总有磨不下去的时候，比如刃口只剩一列铁原子了，那就无法再锋利下去。——这不过是极而言之，估计最锋利的刃口也得在纳米以上，远比原子要厚。而铜棰切到只剩一层铜原子时，也就无法再继续切下去。用钢刀上的铁原子不可能把铜原子切成一半。

当然，在实验室里，我们可以用高能物理的方法，把铜原子打成两半，这就是所谓“裂变”，但这时每一半已经不再叫做“铜”，而成为别的元素了——因为质子数不同了。学过化学的都知道，原子中的质子数决定物质元素的种类。这一点古人绝对想不到，他们以为“铜棰”只要永远切下去，就永远是铜，其实已经发生了质变。

如果我们以保持“棰”的材料不变为限度，那么当切到一个铜原子这么薄时，就可以说已经分割到头儿了。我们知道铜原子直径为2.55X10-10m，如果是一米的“铜棰”，每天切一半，只要切34天就这么薄了。还别说“万世不竭”，只切一个多月就“竭”了。

所以，虽然纯粹从数学上说，1/2、1/2地分下去，可以“万世不竭”，但从物理上，从实际上，不可能永远切下去。它将受到物质结构和工具的限制，一个月就切到原子级了。

数学和物理不是一码事，数学是纯概念，数字是虚的，可以无限小，而物理则是实打实的真金白银，不可能达到无限小。

三、不能通过化学等学科去把物质分割到最小结构

化学是一门在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用的自然科学。原子已经是化学反应中不可再分的最小微粒。请注意：原子不是构成物质的最小粒子，但原子是化学反应中的最小粒子。原子又可以分为原子核与核外电子，原子核又由质子和中子组成，质子还可以继续再分，而质子数正是区分各种不同元素的依据，例如氧原子总是有8个质子，碳原子总是有6个质子，金原子总有79个质子，看过元素周期表的，都会知道元素是按照它的质子数排列的，所以原子的质子数也叫作它的原子序数。已知的元素有118种。

化学研究的最底层物质是原子、元素层面上的，最深涉及到质子、电子等亚原子层次。所以，我们不要指望从化学上去进行物质的大小分割。而综合的物理化学（不是物理和化学，而是一门课程或科学），则是以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系中特殊规律的学科。所以也不是探究极致物质大小的科学。而生物学，包括生物物理学（一门科学）、生物化学（一门科学），都更不是分解物质大小的科学。

所以，从这些学科上去思考分析物质的最本原最小结构，就外行了。我们只能以物理科学来作物质最终大小的判断分析。

下面，就从物理学上来分析物质的最小结构。

四、物理学上，物质粒子不是无限可分奇闻呀 wwW.qiweNyA.CoM

到了十七、八世纪，科学家终于证实了古希腊时所说的“原子”，十九世纪初，道尔顿建立了“原子学说”，能解释许多前人无法解释的现象，说明了所有的物质都由原子组成。

19世纪晚期和20世纪，科学家又发现原子由原子核和电子组成，原子核又包含质子和中子。质子和中子还可以分为夸克。电子、夸克则无法继续往下分。

基本粒子要比原子、分子小得多，现有最高倍的电子显微镜也不能观察到。质子、中子的大小，只有原子的十万分之一。而电子和夸克的尺寸更小，夸克的尺寸小于十亿分之一纳米，还不到质子、中子的万分之一。

到目前为止，有六种夸克被发现，分别为上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、顶夸克和底夸克。华裔物理学家丁肇中便因为发现粲夸克而获得诺贝尔物理学奖。

质子由2个上夸克和1个下夸克组成，中子由1个上夸克和2个下夸克组成。上夸克带有+2/3电荷，下夸克带有-1/3电荷，所以中子呈电中性。上夸克和下夸克的质量略微不同。质子和中子之间靠核力紧密结合，原子弹就是利用核力来制作的。

1、电子不可再分

电子的质量只有质子的1/1836，因为太小，实际上它已经到了量子力学里的最底端，属于“量子”的范围，量子的意思就是不连续的物理量的最小单位。到了这一级，便呈现出“波粒二像性”的特征。

比如光子，也可以叫光量子，它既能表现出粒子的特征，又能表现出波的特征，也就是说，它既是光子，又是光波，频率高时更像粒子，频率低时更像波。

我们知道，所谓波，实际上就是能量场，或者说，粒子是聚集起来的能量，波是发散开的能量，到这个层次，质量和能量是可以相互转化的，关系式为E=mh、E=mc2。

所以，对这个东西，你说怎么分割？它已经不是一个像铜球一样的，硬帮帮，沉甸甸，实实在在的一个实体，而是既像粒子又像波的，很模糊的一团能量。而能量也就是场，它是无限扩展的空虚中的一种力，对这东西，你还能怎么分割？划出来半个场？1/4个场，把它拿走？已经没办法分割了。

2、夸克也分不下去

前面我们说过，原子可分为原子核和电子，既然电子这边分不下去，那么质子那边能不能往下分呢？中子、质子这一类强子是由更基本的单元——夸克（quark）组成的。夸克的尺寸小于十亿分之一纳米。

1964年，科学家提出“夸克”模型，至1968年夸克在实验室中被证实。现代物理认为，核子由三个夸克构成，这是现在所知的最底层粒子。

其实夸克到现在为止，只是被间接证实，没人能看得到它，也没有办法直接验证。所以有人认为实际上并没有夸克，但夸克理论与实验符合得比较好，所以物理学界普遍承认存在夸克。

那么夸克还能不能继续分割呢？要想分割它，首先得把它从核子里拿出来。而这又遇到了所谓“夸克幽闭”的障碍。

到了粒子物理学这一级，我们的“刀子”已不再是真实的钢刀，而是加速器中粒子之间的碰撞，或曰轰击。比如想把铜原子打成两半，就得靠高能粒子的撞击。而撞出来的东西，我们往往不能直接看到它，而要在气泡室里通过粒子穿过时造成的气泡轨迹，间接地看到它。结合越紧密的粒子，要想让它分裂，就得需要越大能量的轰击才行。

想把夸克从核子里打出来，也得靠其它粒子的轰击。而夸克在核子中是被一种结合力极强的“胶子”粘在一起的，极其牢固。周光召先生（中科院前院长，高能物理学家）说过：“要把夸克从核子中拉出来就必须消耗无穷多的能量，但这是不可能的。”这正是所谓“夸克幽闭”现象。

即使我们假设，夸克真被从质子中轰出来了，因为我们投入了无穷多的能量，也就使得夸克获得了无穷多的能量，而在粒子物理学里，质量与能量成正比，能量越大，质量越大，所以此时的夸克将远远大于质子。那么，岂不是越分越大？这还能叫做“分割”吗？连分割的概念都被推翻了，还能进行无限分割吗？再说这只是假设，我们不可能拥有无穷多的能量，所以也不可能把夸克轰出来。

也许有人会说，任何东西总有内部结构，难道夸克就没有结构吗？就没有内部吗？然而这种想法不过是一种哲学推理，说难听点只是凭空猜想。物理学家从来靠实验说话，不做无法验证的空想。物理学家只能说，到了夸克这一级，已经分不下去了，而且也看不到还能继续分下去的任何迹象。至于将来是不是还能继续分下去，你只好去问哲学家了。对于物理学家来说，这是个没有意义的问题。

现在已知的最小粒子是夸克,还没有研究出比夸克小的粒子。电子被认为是点状物体，里面没有什么。也就是说，粒子不能无限的分裂,现在只能分裂到夸克。夸克的直径大约是十的负十八次方米那么小。可见光的光波最短就只有几百纳米（1纳米等于10^-9米），而即使是“很大的”原子，它的尺寸都是属于10^-10米的级别。这就意味着，我们连原子都无法直接看到，更别谈像夸克这种级别的微观粒子了。

3、还要考虑“测不准原理”和耦合作用

“测不准原理”也叫做“不确定性原理”（Uncertainty rinciple），由海森堡于1927年提出，这个理论是说，你不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度，粒子位置的不确定性，必然大于或等于普朗克常数（Planck constant）除以4π（ΔxΔp≥h/4π），这表明微观世界的粒子行为与宏观物质很不一样。测不准原理是量子理论中最根本的部分。

这个不确定性来自两个因素，首先测量某东西的行为将会不可避免地扰乱那个事物，从而改变它的状态；其次，因为量子世界不是具体的，基于概率，精确确定一个粒子状态存在更深刻更根本的限制 。

为什么会测不准？因为你只要测量粒子，比如电子，起码要用光来测，也就是说，要用光量子来碰撞电子，光子要跟这个粒子发生作用，由于我们要测量的粒子太小，即使一个光量子打上去，它的位置或速度都会产生变化，你就无法测准。一个光量子已经是最小，不可能有更小的光量子。光量子会扰动粒子，并以一种不能预见的方式改变粒子的速度和位置。这就是耦合作用，是测量时不可避免的现象。

还有，光量子是波，它的波长是有限的，不可能无限小，如果粒子的尺度小于波长，就无法测精确。波长相当于尺子的刻度，波长不可能无限小，也就是尺子的刻度不能无限小，这样你就不能测出比尺子刻度更小更精确的量值。

波长为什么不能无限小？因为波长越小，就说明频率越高，对于光子来说，能量与频率成正比，频率越高就意味着能量越高，如果波长无限小，就是频率无限高，也就是能量无限高，一个光子的能量能达到无限高吗？显然不可能。所以波长也不可能无限小。

简单来说，就是如果要想测定一个量子的精确位置的话，那么就需要用波长尽量短的波，这样的话，对这个量子的扰动也会越大，对它的速度测量也会越不精确；如果想要精确测量一个量子的速度，那就要用波长较长的波，那就不能精确测定它的位置 。

经过推理计算，海森堡得出了△q△p≥ħ/2（ħ=h/2π）。海森堡写道：“在位置被测定的一瞬，即当光子正被电子偏转时，电子的动量发生一个不连续的变化，因此，在确知电子位置的瞬间，关于它的动量我们就只能知道相应于其不连续变化的大小的程度。于是，位置测定得越准确，动量的测定就越不准确，反之亦然。”

所以，当你分割到这个尺度时，实际上就已经到头了，再往下连精确测量都无法进行了。

五、宏观与微观不能简单类推

物质世界在宏观尺度上很正常的思维，到了微观世界往往会完全换一种思维方式，甚至完全不适用了。宏观的一个小球，肯定有半径、硬度、色彩等特征，但到了微观就不一定了。

比如色彩，我们知道金子是黄色的，纯金发红，叫做“赤金”，但实际上这只是金块在光线下反射出的一种视觉而已，如果我们把金子打成极薄的金箔，透着光它就成为绿色，因为这时光线与金箔内部的结构相互作用，会呈现出不一样的反射效果。所谓颜色，必须由大量原子组成一定结构，光线在这种结构中某些光线被吸收，某些光线被反射，这样就呈现出不同的颜色。而对于单个的金原子来说，它是没有什么颜色概念的。颜色这个概念到了微观世界就没有意义了。

再比如硬度，一个宏观小球，你必须放在硬度仪上，对它施加一定压力，产生一定形变，你才能确定它的硬度。而形变必须是大量分子原子组成一定的结构才能产生，而对于一个原子来说，不可能有什么形变的概念，所以一个微观粒子，硬度也是没有意义的。

再比如半径，你必须要测量才能得知，到了光子这样的级别，它此时算粒子还是算波都是模糊的，说不清的，又何谈半径？

总之，从宏观到微观，很多概念都需要推翻，重新认识，重新建立，不能拿着宏观观念，一成不变地往微观上套。比如分割就是这样，宏观上可以无限往下分，待分到微观量子级别时，分割这个概念本身就变得没有意义了。

为什么古人（包括现代某些文科生）固执地认为可以无限地往下分呢？因为受观察工具的限制，他们的认识比较单一，比较简单。尤其中国古人的思维没有层级概念，认为宏观和微观无非是大与小不同而已，在他们的肉眼观察范围内，木棰无论分割多细永远是木头，铜棰无论磨成多细的铜粉也永远是铜，本质不会变。所以认为无限可分。

他们没有原子概念，他们万万想不到铜粉到了最细时，比原子还细时，就已经不是铜了。

佛教的思维比庄子要高明一些，有层级观念，但下一层级与上一层级也没有本质区别，只是大小不同而已，并无任何新意。

只有现代物理学家通过实验才发现，微观世界与宏观世界有本质不同，不仅是小一些的问题，实际根本不是那个东西，已经是两码事了，宏观常识到这里已经行不通了。到了最细微时，甚至已经不再是实物，而变成了空虚的能量和场，分割自然就会受到限制。

六、现在不可分，等于以后不能分吗？

也许有人会说：科学没有止境，永远在向更深更广进军，今天说不能再分，明天难道就不能再分吗？

这番道理听起来无比正确，明天也一定会有更深的认识。但所谓科学无止境，并非任何领域都一定要推翻前人结论。现在已经成为物理定律的东西是不可能被彻底推翻的，最多在适用范围上有些修改补充。比如牛顿三定律，在相对论、量子力学出来之后，已被证明不适用于微观高速条件，但在宏观低速情况下（即我们感官能感受的一切范围）仍然是正确的，如果牛顿定律被彻底推翻，飞机会掉下来，轮船会沉底，火车会出轨，人走不成路，连地球也会飞离太阳系，一切都不存在了。

所以，虽然科学虽然无止境，但也有它不可推翻的规律。粒子的继续分割，现在已经遇到了一些无法克服的障碍，比如“能量无限高”、“光波无限小”、“波粒二象性”、“测不准原理”等，看不出能克服的迹象，将来是不是一定会突破？不一定，也许这些障碍如同牛顿定律那样不可逾越。

粒子尺度小于普朗克尺度，就无法测出准确的值。比如你宣布把最小的粒子又分割成了1/2、1/4、1/8，但实际上测不出来，谁知道你那个所谓分割是真是假？一个物理实验要想被证实，必须能测量出来，而且大家（世界各主要实验室）都要能重复测出来一样的值，才能获得承认。既然无法测量，所谓无限分割也就无意义了。

如果要刨根问底，今天不能分，今后科学发展还能不能分下去？现今物理学可以有一个比较明确的答案：因为现在我们已经分到了基本粒子这一级，已经出现了波粒二象性效应，也就是说，到了这一级，实物和场的界限已经很模糊了，做为实物的粒子，其本质不过是浓缩的能量波包，是场的激发态，再往下就不是实物了，而是场，是空虚，没结构了，没内部了，还怎么分割？

所以，从物理学角度明确地说，到这一级，真的分割到头了，一点儿不含糊。

以上就是物质粒子为什么不能无限分下去的理由。

七、了解一下物理学的极限数值——普朗克尺度

在物理学历史中的地位可以紧紧排在牛顿、爱因斯坦之后的马克斯·普朗克，是最先提出能量子这个概念的物理学大牛，量子论的创始人，1918年诺贝尔物理学奖获得者。

他利用量子力学的思想完美地解决了“黑体辐射”问题，在“紫外灾难”中，第一次用量子概念驱散了物理学的一朵乌云，提出了普朗克辐射定律。随后，许多物理单位以他的名字命名，这就是常说的普朗克尺度，也代表了一种极限尺度，比如普朗克长度、普朗克时间、普朗克温度、普朗克质量、普朗克密度、普朗克能量等。这些尺度，差不多就成了探索、衡量物理学的基本工具和标准。比如，普朗克质量大约是一个史瓦西半径等同于康普顿波长的黑洞所带有的质量，而科学家规定普朗克时间就是光在真空中传播一个普朗克长度所需的时间。史西瓦黑洞（半径）、希格斯场（粒子）、超弦（弦的长度起始）、大爆炸宇宙论的开爆几秒等都以之为计算参照。下面是这些尺度的关系式和数值结果。

从这些关系公式中看出，普朗克尺度与不可变的极值光速、引力常数是统一在一起的，是可以视为极限数值的。

那么，极限物质又为何是同一整体性存在呢？下面简单讲一点。

八、极限物质为何是同一体存在

在前面的物理学章节解释物质粒子不能无限分解时，提到了波粒二象性，提到了场，提到了测不准现象及涉及的观测者效应。这是前沿物理、高能物理正在面临的问题，也是物理学近百年不能突破的症结所在，只要理清了看透了，突破就很正常。

要知道，量子场的发散，会使计算量无穷大。要让大泛定方程有定解，让发散的积分收敛，算出一个有限的值，就需要重整化。但量子化绝不是时空的离散化，主流的物理理论仍然坚持认为我们的时空是连续分布的，离散化的时空会破坏最基本的洛伦兹对称性。

物质粒子为何不能无限分下去，本质是产生物质粒子的最后背景是连续的同一体，即以太场。任何粒子都只是以太场的涟漪，这涟漪波浪波包只有超过普朗克长度才称为涟漪、粒子，否则就是平坦的以太场基态本身（所谓的真空零点能态）。

超弦理论就是起点于以太场在涟漪振动达到普朗克长度处的物理理论。其实质，就是固定了以太场的振动边界大小到普朗克极限时空中，即10-35M与10-44S中，最终简化为一根弦，而它放开一点就是“网弦”，再深一点，就是膜弦，更深一点则是一个波包。这一尺度下，引力与电磁力就可以相提并论了。在超弦理论中，超弦是基本粒子的构成基元，电子、夸克等粒子就是弦的振动模式。学物理知道，粒子有一种自旋属性，自旋为半整数的粒子称为费米子，自旋为整数的称为玻色子。用《道德经》对大道的说法，是“玄之又玄，众妙之门”，而用物理学的话翻译就即“旋之又旋，众粒之门”：这涟漪的“玄之又玄”即“旋之又旋”，是“众妙（粒子）之门”！超弦的振动，只是以太场“旋转”的一种简化说法。但这样一来，即物理学上的重整化群后，就看不清时空的连续了。

物理学的突破，其实只需把相对论、量子力学、全息宇宙论、超弦（M论）、大爆炸宇宙论、稳恒态宇宙论等现有物理理论，融合一下就可以了。而大同宇宙论是一种综合后的选择。大同宇宙论，把时空物质看为一个同一无分别的整体，其粒子模型、运动模型、相互作用模型完全统一，其下，电力、磁力、弱力、强力四种力统一是必然的。