科普丨《宇宙的尺度》：用无形的尺子丈量宇宙，理解超越人类感知的世界
用无形的尺子丈量宇宙，理解超越人类感知的世界
精华笔记
在经典科幻作品《银河系漫游指南》中，有一支庞大的外星舰队前来袭击地球，结果他们发现自己弄错了尺度，所以这支大军刚在公园里着陆，就被一条小狗吃掉了。
这个故事告诉我们，当你试图理解这个世界的时候，尺度非常重要。《宇宙的尺度》这本书，正是从日常生活中最常见的谱系出发，让我们身临其境地感受不同尺度下的宇宙。
在讲“尺度”之前，首先引入一个“人类尺度”的概念。所谓的“人类尺度”，就是指让人类感觉舒适的范围，它又叫“中间世界”。这个中间世界包括，能够轻松步行到达的距离、不超过人类平均寿命的时间，以及在地球上可以感受到的温度范围，大致是从冰的寒冷到火的灼热。
下面本书就将介绍数字、尺寸、光、声、热和时间这六种谱系的不同尺度，带我们体验何谓超出人类尺度。
先从第一种谱系，数字开始说起。
我们擅长处理日常生活中的数字，但大数字是我们的软肋。把握大数字的诀窍是把它压缩到自己习惯的尺度。假设一个普通人每年赚5万，一个富翁每年赚500万。这两个人的生活有什么区别？发挥想象力的时候，不要把你自己的收入乘以100，而是把所有东西的价钱除以100。只要你足够有钱，所有东西看起来都很便宜。要理解马云的财富，不要去想3000亿的身家，那只是一个没有意义的大数字而已。你只需要想象，所有东西的价钱都变成实际价格的百万分之一。最新上市的iPhone 只要一分钱，一辆超跑大约几块钱，你眼中价值5000万的豪宅对他来说只值50块。
“古戈尔”是一个很大的数字单位，它代表10的100次方，也就是在1后面写100个零。这个数字超越了目前已知事物的极限，现实世界里还没有能达到1古戈尔量级的东西，更大的数只属于纯数学的领域。
负数、虚数和无穷也是只属于纯数学领域的概念。无论你脑子里想到的是多大的数，无穷都比它更大。
接下来介绍的第二种谱系是尺寸。
易于测量的“人类尺度”大约是从几毫米到几千米的范围。有趣的是，我们对长度的感知范围比高度大得多。说到太空，大家都觉得那距离我们十分遥远。但实际上，国际空间站到地球表面的高度大约是370千米，只比南京到上海的距离稍微远一点儿。这样一想，感觉就近多了。为什么会这样呢？答案很简单：你在日常生活中能接触到的长度范围远大于高度。
离开大气层以后，大得超乎想像的尺寸刚刚开始登场。想要理解它们，可以借鉴第一部分里理解数字的方法，把它套进自己熟悉的尺度里。对于超出人类尺度的所有东西，你都可以采取类似的办法。比如说，如果地球的尺寸和普通5号字的句号差不多大小，那么月球到地球的距离大约有15毫米，差不多相当于你手指的厚度；而太阳的尺寸相当于孩子的拳头，距离地球这个句号6米开外。
宇宙的庞大和微观粒子的渺小同样令人惊叹。人类视力能分辨的尺寸下限大概是0.1毫米，但是，尽管我们能看到一粒盐或者一只很小的虫子，但人类依然难以理解微观世界，因为两个世界里力的表现方式很不一样。比如说，作为一个宏观生物，你可以呼吸空气、毫不费力地在空气中前进；但对微小的昆虫来说，空气是无数分子组成的厚重流体。你以为虫子在飞，实际上它们却觉得自己在游泳。
人类无法直接感受到的，除了微观世界的力，还有大自然中各种瑰丽的光，接下来就谈谈“光”这一尺度。
光分为很多种，它们有什么区别？答案是波长。如果光波振动的速度很慢，就说它的波长长，频率低；反之则是波长短，频率高。
可见光的波长大约从380纳米到750纳米之间，从红色到紫色，这就是人类能看到的光的范围。如果光谱是一根筷子，那么可见光在这根筷子上占据的长度还不如一粒灰尘。
从红光开始，当波长缩短到红光的一半左右时，光会变成紫色。波长继续缩小，光谱就会进入我们看不见的紫外线的范围，X射线和伽玛射线都属于紫外线的范围，它们在医学领域都有非常广泛的应用。
如果往另外一个方向发展，波长逐渐变长会怎样呢？微波就是一种波长较长的红外线。你家的微波炉利用的就是微波。
在地球上，低频波的极限藏在我们的脑子里。人类脑波的频率最低可达4赫兹以下，用真空光速除以频率，可以算出这种低频脑波的波长，差不多接近1亿米，这种超长的“δ波”（德尔塔波）出现在无意识状态下。
光是一种电磁波，而声音是一种运动。
声音的传播依赖于介质，没有介质就没有声音。无论多响的声音最多只能传到大气层边缘，因为声音在真空中是无法传播的。
当然，声音并不是只存在于地球的大气层内。我们沐浴在太阳的辐射中，但很少有人会想到，这个巨大的气球发出的噪音该是多么可怕。只是因为太空的阻隔，这些声音无法传到地球上。科学家利用仪器探测到了太阳发出的声音，经过压缩以后，你会听到某种缓缓敲击的钟声，那是太阳正向着宇宙深处长鸣。
和光一样，人类的耳朵能听到的声音非常有限，频率大致介于15赫兹到20千赫之间。
频率超过20千赫的声音被称为超声波。它有很多用途，牙医利用超声波洗牙，医生借助超声波无创粉碎肾结石，工程师也用超声波检查材料的内部结构。
在声波谱系的另一头，频率达到20赫兹以下时，我们就进入了次声波的神秘世界。人类虽然听不到次声波，但却能感受到它。现在有的科学家相信，很多房子闹鬼的传说，实际上源自次声波。
除了音乐以外，热水澡也同样令人愉悦，因为热量意味着生命，热是这个宇宙中另一种重要的尺度。
热的本质是运动，我们将温度作为热的度量单位，以温度来衡量某件物品里蕴含多少能量。
在原子层面上，所有东西都不可能真正停止运动。基于这样的认识，我们将开氏度的零点定义为“所有原子停止运动的状态”，也就是所谓的绝对零度。越接近绝对零度，分子和原子的运动速度就越慢。
在极低的温度下，原子的行为会变得十分古怪，这带来了一些出乎意料的技术进步。比如说，有的物质在极低的温度下会变成超导体，超导体不光能导电，而且不会造成任何阻碍，所以超导线圈中的电流永远不会衰减。未来某天，整个电网或许都会换成超导材料。
如果将目光投向温度谱系的另一头，高温的世界同样令人惊叹。
太阳核心的温度大约有1500万开氏度。宇宙中有很多比太阳更热的恒星，但60亿开是恒星的温度上限。一旦超过这个温度，恒星就会爆炸，形成壮观的超新星。
温度存在理论上的极限。如果超过这个极限，物质的每一个粒子都会变得过于致密，以至于坍塌成一个个黑洞。这个理论上限大约是1.4×10的23次方开氏度。至少在我们这个宇宙里，这就是绝对的至高温度。
最后，也是最神秘的一个尺度是时间。
所有用于定义某段特定时间的词语，比如说“春天”、“暑假”、“工作日”，都是人为的、主观的。换句话说，时间完全是人类定义出来的。
对人类个体来说，你能够直接体验的最长的时间跨度不过是一生，也就是不到一百年的时间，相比之下，地质尺度的时间漫长得无法想像。
要是某部延时影片的每一帧代表一万年，假如从地球诞生时开始拍摄，最终完成的影片将长达4小时，而人类的整个历史要到镜头的最后一秒钟才会出现。这样的尺度被科学家称为地质时间。
除了极长的地质时间以外，再来说说极短的时间。人类的眼睛大约能看清1/10秒内发生的事情，要是速度比这还快，我们眼前就只剩下一片模糊。
生活中能见到的最快的事件可以达到毫秒级，也就是千分之一秒。我们可以从某种程度上理解毫秒：一秒内发生一千件事。那微秒，也就是百万分之一秒，又应该如何理解呢？请想象一下，点击一次鼠标大约要花费50万微秒。这已经走到了人类思维的边缘，然而，比微秒更短的时间单位还有纳秒、皮秒和飞秒。
沿着科学之路走得越远，人类越发现自己的渺小和无知。人类是宇宙这个庞大而复杂的谱系的一部分，只要一直保持好奇心，勇敢走出中间世界，去拥抱更广阔的尺度，我们终将收获更多知识，解开更多秘密。
书 名：宇宙的尺度
作 者：[美] 大卫·布拉特纳
主 讲 人：阳曦
主讲人简介：科幻作者，科普及幻想文学译者
主 播：刘波林
策 划 编 辑：陈艳
总 编 辑：徐苑