毫秒|毫秒、微秒、纳秒与飞秒,谁是最短时间单位?时间能无限分割吗?
本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。 《庄子·天下》中有着这样一段话:“一尺之棰 , 日取其半 , 万世不竭” , 意思就是说:一尺长的木棍 , 如果每天截取它的一半 , 那么永远也截取不完 。 能够在数千年前就拥有如此认识 , 充分体现了中国古人深刻的哲学思想 。
不过人类对于世界的认知会随着文明的发展而不断提升 , 所以这句话放在当今 , 可就成为一句谣言了 。 从逻辑上来讲 , 一根木棍 , 如果每天截取一半 , 虽然会一直变短 , 但似乎的确永远也截取不完 , 但得出这个结论是有前提的 , 这个前提就是:物质能够无限分割 。 物质能够无限分割吗?不能 。 物质分割的本质就是微观粒子的分离 , 比如我们可以把一块铁板截成两块 , 甚至可以把两个铁原子相互分离 , 如果还觉得不够过瘾 , 我们还可以把一个铁原子拆分成原子核与核外电子 , 但这种分割并不能无限进行下去 。
【毫秒|毫秒、微秒、纳秒与飞秒,谁是最短时间单位?时间能无限分割吗?】
世间所有的物质都是由基本粒子所构成的 , 即便是看得见摸不着的光 , 也是如此 , 而基本粒子就是物质的最小单位 , 是不可再继续分割的 。
所以说 , 一尺之棰 , 日取其半 , 终有一日会只剩下一个基本粒子 , 此时也就无法再截取一半了 , 所以这句话是错误的 。
物质无法无限分割 , 是因为物质存在着最小单位 , 那么如果我们分割的不是物质 , 而是时间呢?时间并不是物质 , 它也并非由一个个基本粒子所组成 , 那么时间是否可以无限分割下去呢?在日常生活中 , 我们能够接触到的最小的时间单位就是秒了 , 一秒钟很短 , 如果不是故意加快速度 , 一秒钟我们甚至无法完成一次呼吸 。 不过一秒钟也很长 , 在一秒钟之内 , 魔术师可以完成一系列我们所难以想象的动作 , 而短跑运动员更是可以跑出数米之远 。
对于短跑运动员而言 , 用秒来计时就显得有些过于漫长了 , 因为在短跑比赛之中 , 经常会出现数名运动员在同一秒钟抵达终点的情况 , 所以目前国际上短跑比赛所使用的最小计时单位为百分之一秒 。
百分之一秒是最小的时间计量单位吗?并不是 , 因为它是一毫秒的十倍 。 在宏观环境之下 , 百分之一秒的确是够用了 , 但如果在微观环境之下 , 百分之一秒实在就显得太过漫长了 , 所以我们需要更小的时间计量单位 , 于是就有了一毫秒 , 也就是千分之一秒 。 如此短的时间能做什么事情呢?那可太多了 , 比如我们在芝加哥交易所下一笔期货买卖订单 , 那么它大约需要15毫秒左右的时间传送到纽约交易所 , 如果有另一个交易商的速度比我们快上一毫秒 , 那么它就能够抢到更为有利的价格 。
一毫秒是最小的时间计量单位吗?也不是 , 在它之下还有一微秒 , 一微秒要比一毫秒小得多 , 它是百万分之一秒 。 微秒同样也不是最小的时间单位 , 在它之下还有纳秒 , 它是十亿分之一秒 。 纳秒之下还有飞秒 , 它是一千万亿分之一秒 。
如此之小的时间单位是做什么用的呢?它们主要是应用于量子力学之中 , 不过在量子力学中 , 飞秒并不是一个很小的时间单位 , 反而是一个很大的时间单位 , 也就是说还有比飞秒更小的时间单位存在 , 那就是普朗克时间 。 普朗克时间有多短呢?我们可以拿它和飞秒来进行一下对比 , 飞秒 , 即一千万亿分之一秒 , 也就是10的负15次方秒 , 而普朗克时间为10的负43次方秒 , 而这就是最小的时间单位 , 不可继续分割 。
普朗克时间为什么不可继续分割 , 这个时间是如何得出的呢?
普朗克时间是由物理学家普朗克所提出的 , 就是他发现了物质可以分为不可再分割的单位 , 并将其命名为“量子” , 且创造了一系列基本的量子单位 。
要说普朗克时间的得出 , 先得说普朗克长度 , 普朗克长度是由引力常数、光速和普朗克常数的相对数值所决定的 , 它是理论上不可分割也不可达到的最小长度单位 , 大致为1.6乘以10的负35次方米 。 而光速是宇宙间物质运行的最快速度 , 为每秒299792458米 , 而光走过一个普朗克长度所用的时间就是普朗克时间 。 因为普朗克长度是最小且无法达到的长度单位 , 而光速又是最快的速度 , 所以普朗克时间就是最小的时间单位 , 无法继续分割 , 所以与物质相同 , 时间也是不能无限分割的 。
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