电子到底长什么样子,我估计地球上没有几个人能真正搞清楚这个问题。首先,可以肯定,你看到的所有关于电子、夸克、光子等微观粒子的科普动画全都是错的。因为微观粒子绝对不是一种小球形的实体,微观粒子真实的样子严格来说就无法用任何动画具象化。你就是把量子力学的所有方程用尽,也无法精确描述电子。

人类只能靠想象间接的理解电子,因为电子这样的实体就没有形状,没有边界,甚至没有体积。如果你非要问,电子体积有多大,严格来说宇宙有多大,电子就有多大。这听起来的确很不可思议,其实这也是量子力学的核心共识。

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微观粒子的本质就是模糊不清的能量场,这听起来很反常识。微观粒子模糊不清的形态才是最符合常识的。在19世纪末,人类才开始真正有手段的研究电子,按照经典物理的思维,我们自然而然的认为电子肯定就是一类类似实心小球的物质,但不久物理学家就发现了波粒二象性。

然后,粒子是实心小球的观念就被彻底地抛弃了,也就是说,这些粒子既是波也是粒子。这句话听起来依旧很难理解,人类大脑好像还很难想象出一种既是波又是粒子的物体。但没事是正,这种波粒二象性的观念也落后了。目前物理学界对于微观粒子的最新认知就是一种基于量子场论的观点。

在量子场论中,波粒二象性也只是表象,其实任何一种基本粒子都是一种场。所谓的粒子也只是量子场激发的一种能量,不同的粒子有不同的量子场,比如电子就是电子场,光子就是光子场,夸克就是夸克场。那这个量子场到底有多大呢?其实宇宙有多大,量子场就有多大。

也就是说,一个粒子的本质正是由于它是一种量子场,而这个量子场又可以延伸到宇宙的各个角落。所以一个粒子的范围就是整个空间。看到这儿,我感觉大部分人都蒙圈了,别着急,接下来我们用新的思路从日常生活中的经验推理出,为什么微观粒子会是这个样子呢?

首先,宇宙中大部分的物质都是由原子构成的。原子结构的最外层是电子,电子都是带负电荷的。所以大部分情况下,物质和物质的碰撞本质上就是不同原子的外层电子依靠电磁力产生的斥力。这时候你再往深思考一下,其实所有原子的外层电子并没有直接接触,它们之间都是真空区域。那外层电子之间怎么可能会发生相互作用呢?

这好像就是一种超距作用,所以第一个违反常识的观念就诞生了。为了让超距作用,这种反常识现象在逻辑上自洽,我们就认为,一个外层电子和另一个外层电子发生了作用力,中间必然有一个物体传递了这种力,这种物质也就叫做传播子。

电磁力的传播子,也就是虚光子。两个外层电子在发生电磁作用的时候,就会有虚光子在中间不断交换来传递这种力。这时候你再想一想,如果我们将微观粒子认为是一种实心的小球,你就会发现这里面存在一个很大的问题。我们知道,电子和电子之间的作用力依靠着虚光子这种传播子,那传播子和电子之间的作用又是怎么发生的?既然微观粒子已经被假设成实心小球,那传播子和电子之间总会存在真空,这就是一种超距作用。

所以一旦我们将微观粒子认定成经典物理世界的小球,那么这些粒子之间就不可能发生相互作用,因为它们之间总有真空。真空就好像是一堵墙,导致所有粒子都不可能发生相互作用力。所以微观粒子的形态就只能存在一种可能性,才能解释这种超距作用带来的逻辑上的bug,那就是微观粒子本身就是模糊不清的。

它充满了整个空间,他们之间本来就没有界限,粒子和粒子之间本身也是一种交织在一起的能量场。其实物理法则并不认同超距作用,量子纠缠那种所谓的超距作用本身也是一种假象。正是因为物理法则不认同超距作用,所以微观粒子只能是模糊不清的状态才能解决这个问题。

正是由于粒子是模糊不清的,所以它就不可能像实心小球那样有明确的位置,所以我们只能用概率描述它。讲到这儿,你再看量子纠缠,其实所谓的纠缠粒子就是同一个粒子,只是能量一分为二变成两个纠缠粒子。但是纠缠粒子之间还是共用同一个量子场,这个量子场本来就可以延伸到宇宙的各个角落。

所以两个纠缠粒子所谓的超光速作用其实就是同一个粒子的同时作用,改变其中一个纠缠粒子,另一个粒子肯定也会同时改变。你用这种思路理解电子的双缝干涉实验就更容易了。

我们最难理解的就是为什么电子会同时经过双缝,并且一个电子为什么会和自身发生干涉。其实别说是双缝,哪怕是无数的缝,电子都能同时经过,因为电子这种模糊不清的状态就注定了电子可以同时处于多个位置。

最后我们总结一下,宇宙中的物质无时无刻都在发生着相互作用。如果我们将这种相互作用放大,就会发现所有粒子之间都存在巨大的真空地带。如果粒子是小球的话,那么真空就会阻碍超距作用的发生,所以微观粒子就只能是模糊不清的,充斥着整个空间才能化解这种超距作用。

看到这里你就会明白,微观粒子模糊不清的概念才是最符合逻辑的,而粒子是实心小球的概念才是反常识的。