在人类文明的发展过程中，什么是世间最小的事物一直是经久不衰的问题，人们曾经认为我们所看到构成建筑基础的沙粒是最小的物质，然后当原子被发现后，一度被认为是不可再分的粒子。但当物理学家汤姆逊发现电子及其亚原子特性后，陆续解开了质子、中子和电子等亚原子粒子的奥秘，直到现代物理学家们发现质子和中子又可分为三个夸克，如中子由下夸克和上夸克构成。
根据剑桥大学高能物理学教授、物理学家安迪·帕克（Andy Parker）介绍：“我们似乎一直没有观察到夸克内部的情况，是否已经达到宇宙物质最基本的内层结构了呢？即便夸克和电子是不可分割的，那么科学家们也不知道它们已经是宇宙中最小的物质单位，或者宇宙中还存在更加精细的结构未被发现。”在实验中，科学家们观察到诸如夸克和电子这样极小的粒子看起来似乎没有看见分布，就像一个质点物质，但点状物质具有更加复杂的物理定律，因为无限靠近一个类似亚原子粒子的点时，受力情况就会变得无穷大，而科学家则讨厌这样的无穷大。现在，一个被称为超弦的理论可以解决这个问题，超弦理论认为亚原子粒子是处于振动状态的多维时空循环，这样便解决了无穷大的问题，使得该理论被物理学家认为是个有吸引力的想法，但目前没有实验证据显示该理论是正确的。
另一个种解决点状粒子物理问题的方式可认为时空并不是连续和光滑的，实际上目前科学家认为时空是由一个个类似照片像素状的起伏构成的，有时也可称其为“时空泡沫”。在这种情况下，两个粒子明显不可能无限接近，因为它们之间总是要隔着一个最小单位的时空泡沫。
那么宇宙中何种物质是最小的结构单位呢？科学家认为黑洞中心的奇点或是一个有力的竞争者。当物质都坍缩在一个足够小的时空中时，黑洞便形成了，并由其引力开始统治这个时空区域。根据当前的物理学定律，最终在引力的作用下，这个奇点将会变的一个密度无穷大的点。但是大多数宇宙学家并不认为黑洞是真正具有高密度属性的天体，而是广义相对论和量子力学在黑洞问题上产生了冲突，因此通过量子引力论才能揭示黑洞的真实本质。
物理学家安迪·帕克猜想黑洞中央的奇点比夸克小得多，但他并不相信奇点拥有无穷大的密度，奇点可能远比我们目前所知的最小亚原子粒子单位小，如果奇点真实存在的话，或与超弦理论中的最小单位概念基本相当。超弦理论、奇点甚至连宇宙的时空泡沫被认为差不多与普朗克尺度相当，一个普朗克长度为1.6×10的负35次方（米），是一个令人无法理解的微小尺度，但其却影响着物理学的方方面面。普朗克尺度由于太小而无法用已知的工具进行测量，但除此之外，其也被认为是代表了理论上最小的测量。根据海森堡的不确定性原理，没有工具能对如此小尺度进行测量，因为在这个尺度上，宇宙是概率的和不确定的。该尺度也被认为是广义相对论和量子力学之间的分界线。在该尺度上，引力场将变得异常强烈，使得黑洞失去了能量场。物理学家安迪·帕克认为在普朗克尺度上由量子引力统治着，或许宇宙中所有最小物质都处于普朗克尺度上。
扫一扫二维码用手机阅读
