黑洞，一直走着神秘又热门的路线。借助 #人类首张黑洞照片面世#，始终戴着朦胧面纱的黑洞前两天又高调了一把。此前有过关于黑洞的问答和文章，很多网友评论或私信问黑洞为何如此难以理解。

黑洞其实不难理解，只是因为距离太远又难见真容，以致带有许多神秘色彩。其实真正难以理解的，却是围绕在我们身边所有物质的微观世界，包括人类自身的构造。

你有没有想过，当物质细分到分子、原子、夸克等，微观粒子还能不能继续分割下去？若能，更小的粒子是什么样子？

或者换个角度思考，如果把这些微观粒子比作肉眼可见的事物，那同样比例的人类将是什么样的庞然大物？

带着这两个问题，我们一层一层，走马观花的看一看微观世界的“样子”！

(本文有少量数据演算，可能略有枯燥，全文共计约3千字，阅读需耗时5~10分钟，敬请耐心浏览。)

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微观世界入门

人类与地球之比，相当于一粒芝麻之于55个鄱阳湖(水容量)或15个青海湖(水容量)的比率；而地球与太阳对比，则是一粒芝麻与足球的大小；再拿太阳与银河系比较呢？那又是一粒芝麻与地球的关系......

每当我们仰望浩瀚星空，都不禁要感叹人类的渺小。然而我们换一个方向去比，又将是另一番场景。

一个成年人大约有40万亿~60万亿个细胞，一个常规细胞又可以装下1.6万亿~12.5万亿个水分子。

计算1：常规细胞直径10~20μm，水分子直径4×10^-4μm。根据V∝R³，有 ◆10³/(4×10^-4)³=1.5625x10^13；◆(2×10)³/(4×10^-4)³=1.25×10^14

我们知道一个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成。一个氧原子约3.2个氢原子大小(质量相差16倍)，那么一个水分子就相当于5.2个氢原子体积。

如果把一个成年人与一个氢原子相比，同样把氢原子比作一粒芝麻，那么人差不多就是半个水星至半个火星大小。人的大小直接与行星同级别，不得不算庞然大物了吧！

计算2：V人：V原子=(4.0×10^14 ×1.6×10^13 ×5.2)~(6.0×10^14 ×1.25×10^14 × 5.2)：1=(3.33×10^28)~(3.9×10^29)：1。

补充：一粒芝麻大约0.85mm³，为方便计算假设芝麻为整数1mm³。地球体积约1.1×10^12km³，则 V地球：V芝麻=(1.1×10^12)：(1.0×10^-18)=1.1×10^30：1，另外地球：金星：火星：水星=1：0.86：0.15：0.056。

显然，这还没有完全进入微观领域，“分子”顶多着微观世界的大门口。我们再稍微细究下原子。

原子是由核外电子和内部原子核构成，质量占比超过99.95%的原子核，其大小却只有整个原子的几千亿分之一。

补充：原子核是由质子和中子组成。从质量方面来说，质子质量比中子还略小0.1%，但质子质量却高达电子质量的1836.5倍。拿电子质量占比最大的氢原子(只有一个质子，没有中子)为例，电子质量占比只有约0.054%。事实上，除了氢气原子外，其他元素的原子核都含有中子，也就是说电子质量的平均占比只会比0.054%小更多。

那么，如果把原子核大小比作芝麻的话，一个人的体积将几乎充满地球公转半径的所有空间。这是一个什么概念呢？简单点说，此时人的大小胜过1百亿个地球，与太阳相比至少也是太阳的1万倍。

计算3：由于数据庞大，我们只考虑数量级。则V人：V原子核=10^29V原子：V原子核≈10^29 ：10^-12=10^41：1。而V地-日：V芝麻=(10^8)³：(10^-6)³=10^42：1

此时，你还感觉人很渺小吗？

微观世界正厅

1、继续深扒

宏观物质的特性，微观到分子或原子就已足够。然而科学的探索，远远不止停留在物质特性的原子层级。

如上述，小小的原子核又是由p个质子和n个中子构成(p为正整数，n为自然数)。其实质子和中子又都可以再细分，质子是由2个上夸克和1个下夸克通过胶子的强相互作用构成，中子则是由1个上夸克和2个下夸克通过胶子连接构成。

质子的粒子构成

夸克和胶子都是构成物质的基本粒子。质量属于费米子，有静止质量。胶子属于玻色子，无静止质量。

补充：夸克常见的有六味，根据电荷、色荷(红/绿/蓝三色)和自旋的不同，又分为正/反共计36种。由于除上/下两味夸克的质量最小、性质最稳定外，其他夸克最终都会衰变成这两味，故在此就不一一罗列。可参考后文的粒子列表截图。

在真正的微观粒子世界，由于粒子间不像分子、原子那样具有较大比例的空白(活动)区域，且半径/体积等数据几乎无法准确测量，也没有太大实际意义。此时比较两者大小，主要依据是粒子的静止质量。如上质量最小的上/下两味夸克中，上夸克又比下夸克质量更小，只有2.01±0.14兆电子伏(eV/c²)。

补充：什么是电子伏？电子伏又如何表示质量？

电子伏又称电子伏特，是能量的单位。1 eV ≈ 1.6022×10^-19J。根据爱因斯坦质能方程E=mc²，可以将质量与能量相互转化，所以 1 eV/c²≈ 1.783×10^-36kg。电子伏是利于简单计数的一种方式。

现在我们几乎无法用体积之比，将夸克类比为芝麻。但是我们还是可以在质量这一物理量上看看他们的数量级大小。

氢原子核质量为1.673×10^-27kg，上夸克的质量为3.584×10^-30kg，也就是说一个氢原子核(一个质子)是一个上夸克的近500倍。太阳质量是地球质量的33万倍。以一个60kg的人为例，地球质量是人的1,000万亿亿倍，而人又是氢原子核的3,586万亿亿亿倍。是不是有点晕？

换个简单点的说法，如果把夸克按质量比率放大到人的大小，则人同比率放大后将是太阳系质量总和500倍。

计算4：用m表示人同比例放大后的质量，有m：m人=m人：m夸克 ⇨ m=1.0 × 10^33kg。而太阳系总质量约2.0 × 10^30kg。

对，没错，是整个太阳系的500倍。不过留意，此时讨论是质量比，不是半径或体积大小。

2、微观粒子

构成物质的基本粒子分为费米子和规范玻色子两种，规范玻色子在费米子之间通过强/弱核力起连接作用，形成不同的复合粒子。质子和中子就是复合粒子中的一种，也正是构成物质世界的基本单元。

复合粒子一般都是比复合前的基本粒子质量要大，故复合粒子和其他大质量的基本粒子就不逐一阐述，大家可以参考下图大致了解下种类和分类。我们接下来的重点是继续选择更小粒子。

规范玻色子种类比费米子要少很多，表面看似乎比较简单，其实不然。其一是规范玻色子像弹簧一样在费米子间起连接作用，自身形态显得更“虚无”。其二是规范玻色子质量差异范围非常大。如光子，其质量一般不超过10^-54kg，只有电子质量的千万亿亿分之一。而Z玻色子质量却有约为91.2GeV，是电子质量的近2万倍。

如果说世界的尽头是“空无”，是“0”，很显然光子、胶子都不负众望。然而光子和胶子由于各自都有一些特殊性质，相对还是比较容易被感知或被探测到。这个世界真正的“幽灵”，其实是中微子。

当一个中子通过弱相互作用衰变，可以产生一个质子+一个电子+一个中微子。这个叫电子中微子，因为它总是喜欢伴随在电子周围。电子中微子最初是由奥地利物理学家泡利提出的预言，过了26年才最终得到证实，且在2013年首次捕捉到太阳系外的高能中微子。

我们已经知道电子质量是非常小的了，而中微子的质量更小离谱，只有电子的百万分之一，是氢原子核(一个质子)质量的十亿分之一。同夸克的质量类比法，一个成年人同比例放大后将是整个银河系的质量。

计算5：此处只取数量级计算，中微子质量约10^-38kg，由m=(m人)²/(m中微子) ⇨ m=10^41kg。银河系总质量约4.2 × 10^41kg。

质量之小还完全是中微子的全部特色，同时中微子运行速度又极快，接近于光速。中微子还有一个特点是自身不带电，与其他物质(粒子)相互作用极其微弱，故而几乎没有办法探测到它的存在，号称宇宙间的“隐身人”。

由于个头小，随意穿越任意空间不会被干扰或发生碰撞，加之速度又极快，中微子可以轻松穿越整个地球而几乎没有损耗。

我们每个人每秒钟都要受到大约1,000万亿个太阳产生的中微子穿越人体，即使你再地球的另一端也是一样。如果你把大拇指竖起来，每秒也有700亿中微子从你的拇指中穿过。对此，你却毫无感知！

这就好比人类的飞行器“旅行者一号”，一直在宇宙中穿梭，而“宇宙”可能对此并没有任何感觉！

写在最后的三个疑问？

1、从电子中微子总是喜欢伴随电子周围来看，人们以为是单纯粒子的电子，会不会最终也如原子构成那样，是个组合体呢？

2、组合体如此广泛存在，那这个宇宙到底有没有不可再分割的例子？

3、人类在宏观世界是沧海一粟，而在微观世界又巨如银河，人类到底是怎样的一个角色存在？

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