世上没有两片相同的叶子,那有没有两个相同的原子呢?
【世上没有两片相同的叶子,那有没有两个相同的原子呢?】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 。
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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?
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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 。
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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 。
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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 。
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