奈米尺度以下的世界是如何呢？进一步进入更微观的原子世界内，科学家藉由量子物理，推导出多重世界存在的可能性，让人们对于物质的组成、微观空间的真相感到更加好奇……

在奈米科技进入生活之际，试想奈米尺度以下的微观世界是如何呢？远在希腊时代，哲学家德谟克利特就提出世界是由一种基本粒子组成的概念，他称这种基本粒子为原子，现代科学即沿用他当时提出的名词。

奈米的尺度为10^-9米，这个尺度约为一般原子半径的十倍，也就是说奈米技术的仪器工具，可以观察物体表面的奈米尺度结构，但对于更微观的原子尺度，仍须采用其他研究方法。

经常有人误以为原子力显微镜即可对原子进行观测，然而实际上，原子力显微镜最佳解析度约为零点一奈米，与原子直径差不多，最多仅能对原子的外观轮廓做观测。而原子内部的结构又呈现出巨大的空洞，仅有原子核区域有较大的质量存在，要用现有的仪器原理进行观察，可说是非常困难。

当尺度更缩小至原子的内部空间结构。目前尚未有任何仪器可以观察其实际的构造，而是采用粒子撞击的方式，根据撞击结果，间接推测其内部状态。一般认为，原子核集中于原子的中心，由质子和中子构成，质量几乎等于整个原子的质量。而电子则分布于原子核之外，质量非常小，运行轨道则以机率的方式分布于原子核以外的区域。

物理学家近期的研究

受限于实验手段与仪器，物理学家难以窥测微观世界的实际情况，因此现有对小于原子尺寸的微观空间的模型，都是在现有实验数据基础上进行的理论推测，并不能百分之百肯定，也不能保证其正确性。

二十世纪早期的研究指出，原子内部有质子、中子、电子等基本粒子。到了近期则发现，质子、中子其实也不是最基本粒子，而是由更小的夸克（quark）所组成的，电子则属于轻子（lepton）的一种。而在比质子更微观的尺度中，粒子则不仅仅有夸克、轻子等物质性粒子，还有能量性的粒子，称之为玻色子（bosons）。玻色子又分为胶子、光子、W及Z玻色子、引力子等。（引力子尚未被发现，为假设性粒子）。

那么比夸克和玻色子更小、更微观的粒子存不存在呢？是有可能存在的。但已远远超出现有研究方法可侦测的范围了，以实证的手段是很难进行研究的。

对微观粒子的研究除了帮助人类了解物质的组成之外，由于微观粒子具有异于宏观粒子的特殊物理现象（量子效应），从而打开了另一道研究之门。

超弦理论的多维时空观

在研究微观粒子时，为了圆满的解释一些微观世界的物理现象，科学家提出“超弦理论”，这个一九七零年代提出的理论，从数学上推论宇宙应具有多维空间，比如十维、十一维或二十六维空间，甚至还有人提出宇宙具有无穷维度的空间。

这么多维度的空间，人类只能触及与观察到目前生活中的四维（三维空间加上一维时间）时空，其余的空间维度都蜷缩在比原子还小很多的极微观尺度当中，因此人类难以察觉。也就是说，在原子以下的微观空间中还存在着人类所接触不到的许多空间。

多世界理论

科学家在研究微观的量子行为时惊讶的发现，诸如质子、电子等微观粒子，都有一个奇怪的性质：在同一个时刻，它可以既在这里又在那里，也就是说一个微观粒子同时存在于在空间中的许多位置上，就像它们有分身术一样。但是当我们真正去观测它时，却又只能在一个位置上找到它。

显然，微观世界的物理原理与我们日常生活的经验有很大的差异。科学家尝试提出许多理论来解释这个现象，但都难以自圆其说。直到一九五零年代，“多世界理论”（many worlds theory）的出现，似乎才比较圆满的解释了这个现象。

多世界理论认为，这个宇宙中，并不仅仅只有我们看得到的这个世界。实际上宇宙中存在着无限多个世界，我们这个世界的空间中有多少个位置，就有多少个另外的世界存在。

而在这些世界的每一个当中，微观粒子都有一个确定的位置，所以看起来就像是粒子在我们这个世界的每一个位置上都存在一样。我们每做一次测量，就是从这无限多个世界中选择出一个世界，粒子在那个世界中的位置就是我们测量到的位置。

对“多世界理论”有深入研究的英国牛津大学德伊池教授（David Deutsch）进一步认为：“量子力学的多世界理论不仅适用于微观世界，而且适用于宏观世界的每一个层面。”因为所有的宏观物体，包括我们自己都是由这些微观粒子构成的，既然在微观领域，有无数的实验证实了量子力学的可靠性，那么在宏观领域，它也同样应该适用。

德伊池教授说，我们每一个人也都同时存在于不同的空间中，即使我们自己意识不到这一点。实际上不仅是每一个人，包括这个地球，都有无数的“分身”，他们同时存在于无数宏大的世界中，在每一个世界中都有其特定的演变形式，所以单一世界的概念实际上是错误的。（参阅莫心海，科学家谈“多世界”的存在，http://big5.zhengjian.org/articles/2002/9/19/18581.html）

“多世界理论”认为，每一个人都同时存在于不同的空间中，即使我们自己意识不到这一点。
（Getty Images）

奈米科技的发展让科学界了解微观物质的物理与化学特性与宏观世界有显著的差异，奈米粒子与宏观粒子的特性有显著差异，自然界中，也存在着种种奈米现象，让人们对生命的奥妙感到惊叹不已。

而进一步进入更微观的原子世界内，“量子”效应显现的特殊物理现象，对于人类则是更未知的领域。奇妙的是，科学家藉由量子物理，推导出多重世界存在的可能性，让人们对于物质的组成、微观空间的真相感到更加好奇。期盼在未来，我们能找到真正的答案。◇