【超震撼！！！圖示從10億光年到0.1飛米！！！！ 】

精靈

【超震撼！！！圖示從10億光年到0.1飛米！！！！】
 

轉自網路http://www.sznews.com/tech/content/2008-06/26/content_3067994_42.htm
 

10億光年這是一個什麼概念呢？光年，光走一年的路程。
 
光速！它是速度公認的極限，每秒299792458米，能在眨眼間繞地球七圈半。
 
看見麼，就這麼快的光，讓他跑吧，跑個一年，所度量出來的距離就是一光年了。
 
現在各位把滑鼠移到螢幕的左下角，點“開始”－“程式”－“附件”－“計算器”，都來動手算算它，這一年是31536000 秒，一秒跑299792458米，乘出來就9454254955488000米，約等於十萬億公里吧。
 
你說什麼，簡直天文數字？

廢話，天文上的數位當然得是天文數字啦～～～～～但這也僅僅只不過是一光年的長度。

當我們看到十億光年以外的星星時，映入我們眼簾的那束星光已經在茫茫宇宙間飛奔了十億年。
 
換句話說，我們現在看到的僅僅是它十億年之前的樣子！
 
現在的它究竟如何我們只有再等待十億年才能看到……不寒而慄！

普遍認為宇宙誕生到現在有150億年。
 
所以我們可能觀察到的最廣闊宇宙空間的直徑只可能在150億光年這樣的範圍之內。
 
150億光年遠的地方的光被我們看到時已經在宇宙間穿越了150億年，那是宇宙誕生時的影像！！！
 
下面這張圖是在十億光年這樣的數量級下觀測宇宙，上面的每一個象素點所表現的事物都是無比古遠的。

絕大部分空間都如此圖所示那樣空無一物，遙遠的星系發出的光芒就像是一小撮灰塵。
 
這種空曠是很平常的，象我們居住的家園那樣光明的世界只是例外情況。
 
這張照片放大10倍之後我們依然看不到新的結構或者新的空隙；在這個尺度上宇宙大體上是均勻的。
 
在這麼大的空間範圍中，新奇的東西其實存在於時間之中，而不在空間之中。所有的劇變都發生在過去。
 
這裏展示的場景，在至少幾十億年之後，將逐漸黯淡下來；同時，昏暗的星團們將漂移地更為分散。
 

 

此圖所示區域的邊長約為10億光年。
 
1光年即光在1年中走過的距離，約為9.5×1015米，大致相當於10萬億公里。
 
而10億光年就大約是10的25次方米。
 
由於光速的不可超越性，1光年之外的星星發出的光，需要1年才能到達我們這裡。
 
依此類推，我們所看到的10億光年之外的，如圖中所示的星系的星光，其實只是它們在10億年前的影像。
 
我們似乎是在朝遠處看，實際上是在朝過去看。
 
這就是說明中那句“存在時間之中，而不在空間之中”的意思。
 
現在人類能觀測的最遠距離約為150億光年，那已經是非常接近宇宙大爆炸初期的影像了，因為大爆炸就發生在約150億年前。
 
也就是說，上面這張照片的邊長如果再擴大4倍的話，就是我們人類有可能觀測到的全部宇宙。
 
宇宙的全部歷史就在其中。
 
另外，由於宇宙中所有物質的總品質，現在看來還達不到相對論所要求的下限，所以宇宙的膨脹將無止境地繼續下去，所以說明中最後強調了各星團將繼續“分散”下去。

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0.1飛米

 

　　

當我們進入到下一個層次之後，我們將看到什麼？

 

我們將認識到什麼？

 

 

此圖所示區域的邊長約為0.1飛米，即10-16次方米。

 

接下來，就是未來的事情了………………………………

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1飛米

 

　　

即使質子也有內部結構：對稱、移動迅速、仍然不可追蹤。

 

在這裏“強相互作用”依然在更短的距離上起作用。

 

這讓那些快速運動的誇克彼此間產生了強烈的相互影響。

 

這些有顏色的點並不是光，而是一些抽象的物理符號，對於它們的意義我們現在才剛剛開始瞭解。

 

 

此圖所示區域的邊長約為1飛米，即10-15次方米。

 

現在已知的誇克有6種：上誇克、下誇克、魅誇克、奇誇克、頂誇克、底誇克。最

 

後一個被發現的是頂誇克（1994年）。

 

理論上誇克被賦予了“色”的特性，並不是說誇克有顏色，只是用“色”來表示它們的某種物理特性而已。

 

誇克的“色”有3種：紅、綠、藍。

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10飛米

 

　　

永不停止運動但又十分穩定的碳12原子核的一張快照。

 

中子和質子結合的方式在全宇宙都是通用的。

 

單個的質子存在於自然界的氫中。

 

單個的中子可以在鈾裂變時的劇烈原子反應中被釋放出來。

 

對這些獨立的核子的研究揭示了它們和化學相似的另一面：在以足夠高的能量運動時，它們如果相撞將產生一些新的粒子，通常是極不穩定的粒子。

 

 

 

此圖所示區域的邊長約為10飛米，即10-14次方米。

 

這裏提到的各種高能粒子相互間的碰撞，其實就是高能粒子對撞機的工作原理。

 

核子物理的很多重要發現都是在對撞機上實現的。

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100飛米

 

　　

我們能清楚地看到這個渺小然而結實的核，這一個碳原子的原子核。

 

其緊密的組成部分正在做劇烈的量子運動，然而這裏的運動受到了嚴格的限制，看上去好像是流體。核子之間的非電磁力（即所謂核力、“強相互作用”）強度大得可怕，然而作用的距離卻很短。

 

6個中子和6個質子好像緊貼在一起了。

 

由於有12個核子，這種原子核就被稱為碳12。這是最常見的碳同位素，也是原子量的標準。

 

 

此圖所示區域的邊長約為100飛米（femtometer，fm，合10-15米），即10-13次方米。

 

“強相互作用”是4種基本相互作用之一，另外3種是萬有引力、電磁力、“弱相互作用”。

 

宇宙中已知的各種力都可以被歸納到這4種基本相互作用中。

 

其中萬有引力和電磁力的作用距離都是無窮大，強相互作用在1飛米的距離上才起作用，弱相互作用要到1/1000飛米的距離上才起作用。

 

在力的強度上，如果以強相互作用的強度為1，則電磁力的強度為1/10，弱相互作用的強度為10-4，萬有引力的強度為10-37。

 

如何將這4種基本相互作用統一到一個理論（即所謂“統一場理論”）裏，是現代物理學的前沿課題之一。

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1皮米

 

　　

原子緊密的核開始出現了。

 

原子間的力量平衡就是由原子核決定的，它的強烈電磁吸引力還影響著電子的運動。

 

要拉住6個帶負電的電子，核裏面就需要不多不少6個帶正點的質子。

 

6這個數字（即原子序數）決定了這是碳元素。

 

我們現在已經知道百來種彼此不同的象這樣微小的質子團，就是說元素。

 

分子的種類就多了去了，它們決定著這個物質的宇宙。

 

 

此圖所示區域的邊長約為1皮米，即10-12次方米。

 

從這裏往下是原子物理、核子物理的主要研究領域。

 

碳的同位素共3種：碳12、碳13、碳14。其中碳14會穩定地衰變成氮14，半衰期約5700年，可以用來測定文物的年代。

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10皮米

 

　　

現在我們和碳原子最內層的2個電子在一起。

 

它們的運動留下了球形電子雲。外面的4個電子時來時去，要看這個碳原子是在火焰中，是在鑽石中，還是是在DNA中而定。

 

但裏面的這2個電子對於一般的外在影響無動於衷，它們只聽命於內部的原子核。

 

 

此圖所示區域的邊長約為0.1埃，也可以說是10皮米（picometer，pm，合10-12米），即10-11次方米。

 

原子的能級理論指出碳的6個核外電子是分層排布的。

 

2個在裏面，4個在外面。

 

碳的主要化學反應都是外面的4個電子和其他原子相互作用的結果。

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100皮米

 

　　

原子尺度上的量子定律所描述的電子運動，和日常經驗中運動的粒子相比，要更為精細，也更不連續。

 

相應來說，圖中所示的那些點並不代表單個的電子；實際上，那表示的是電子雲：電子在進行對稱的，然而不可追蹤的量子運動時留下的痕跡。

 

靠外面的電子雲是由結合在一起的原子共用的。

 

 

此圖所示區域的邊長約為1埃，即10-10次方米。

 

很明顯這不是真實的照片，因為電子雲是拍不到的。

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1納米

 

　　

這些“磚塊”是分子“印刷版”，書寫基因資訊的字母。

 

那卷帙浩繁的資訊就是由它們之間的特定順序來決定的。

 

這些形式是化學結構，普通的、穩定的原子，它們對於生命現象一無所知。

 

中間的那個是碳原子，和它相連的是旁邊的3個氫原子（底下還有1個，被擋住了）。

 

與此相似的碳原子和氫原子的連接，在外太空冰冷的星系間分子雲中也能找到。

 

　　

 

此圖所示區域的邊長約為10埃，也可以說是1納米（nanometer，nm），即10-9次方米。

 

圖中間的應該是一個甲基，即－CH3，有機化學中最常見的分子團之一。

 

從這裏往下，是化學的主要研究領域。

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10納米

 

　　

仔細看DNA卷，我們看到的是扭曲的、長長的分子梯，即雙螺旋結構。

 

各個器官的特性都儲存在不同位置的連續分子段中。

 

那些化學資訊是用4個字母的分子語言連篇累牘地寫出來的。

 

一套語言，使用終身；但在各人身體內的細胞裏被復述的故事，彼此又不完全相同。

 

分子梯的雙鏈在細胞複製時分開，作為複製全新的分子梯時的範本。

 

 

此圖所示區域的邊長約為100埃，即10-8次方米。

 

DNA內的生命資訊是用4種核苷酸來記錄的：腺嘌呤（deoxyAdenosine monophosphate，A）、胸腺嘧啶（deoxyThymidine monophosphate，T）、鳥嘌呤（deoxyGuanosine monophosphate，G）和胞嘧啶（deoxyCytidine monophosphate，C）。

 

核苷酸的配對規則是A－T，G－C。在指導細胞的活動時，DNA先將需要表達的資訊轉給一種“信使RNA”，而“信使RNA”上每3個核苷酸代表一種蛋白質。

 

蛋白質共有20種，而4種核苷酸，3個一起就有43，共64種可能性，足以代表所有種類的蛋白質。

 

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100納米

 

　　

在細胞核內部被緊緊地包裹起來的，是大量的長鏈狀分子，這些繞在一起的DNA卷，在細胞核內狹窄的空間內巧妙地絞纏、折疊在一起。

 

每次細胞分裂時這些至關重要的指令都會被精確地複製。

 

人體中每個細胞的細胞核內都有46個（23對）染色體，每個染色體都由這樣一大段DNA卷折疊而成，如果全部伸開的話，該DNA分子鏈將有幾釐米長。

 

 

此圖所示區域的邊長約為0.1微米，也可以說是1000埃（Angstrom），即10-7次方米。一條DNA分子鏈的直徑約為20埃，而它自己繞在一起形成的一段DNA卷，直徑約100埃。

 

精靈

1微米

 

　　

我們現在位於多褶的淋巴細胞內部，卻發現了另一個表面，這是在細胞內部包裹著細胞核的一層膜，起保護作用的。

 

這些微小的孔隙允許裏面的物質流到外面更大的細胞內部空間。

 

每一個完整的細胞都有這樣一個細胞核，它發出的分子指令控制著細胞的一生。

 

一個人體內的細胞數目，比一個星系內的恒星數目要多一百倍。

 

 

此圖所示區域的邊長約為1微米，即10-6次方米

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10微米

 

　　

穿過表皮，我們進入了一根有血液進出的毛細血管。

 

大多數血紅細胞都是小小的、不完整的、短命的餅狀結構，血液的顏色其實是它們的顏色。

 

這個白色的細胞叫淋巴細胞，它的壽命較長，而且是免疫系統——抵禦細菌感染的一種細胞及化學策略——的一份子。

 

 

此圖所示區域的邊長約為10微米，即10-5次方米。

生物體內大多數細胞的大小都在10微米上下。

 

當然也有例外。

 

人體內部個頭最大的單個細胞是女性的卵子，直徑約0.1毫米，即100微米。

 

而世界上最大的單個細胞是鴕鳥的蛋，直徑是分米量級的。

精靈

100微米

 

　　

出人意料的細節出現了，我們幾乎認不出來了。

 

在那更深的地方，我們將進入一個人體內部的世界，我們對於它和對遙遠的恒星一樣陌生。  

 

此圖所示區域的邊長約為100微米（micron，μm），即10-4次方米

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1毫米

 

這裡，我們進入了那些揭開許多自然之迷的顯微鏡使用者們的世界。

 

對於比這張照片更逼近終點的後面每張照片來說，我們向著內部的旅程已走過了9/10。

 

我們的終點在這人的皮膚之下，是在一根毛細血管中流通的細胞內部。

 

 

此圖所示區域的邊長約為1毫米，即1/1000米。】

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1釐米

 

如同透過一個大號的放大鏡，我們來對皮膚做一次細緻觀察。

 

這些褶皺既表明皮膚是有彈性的，也說明了為什麼會如此。

 

 

 

此圖所示區域的邊長約為1釐米，即1/100米。

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1分米

 

現在這個尺度就有點個人化了。

 

這是你的手背的照片，有點放大。

 

手，這個生機勃勃的結構，在大腦和眼睛的指導下，時不時還得到人體其他部分的幫助，創造了我們在這個世界上所有代表性的成就，包括這張拍攝它自己的照片。

 

 

 

此圖所示區域的邊長約為1分米，即1/10米。

 

從這個尺度開始，生物學（包括醫學）是最重要的科學。

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1米

 

　　

這就是人類交往、談話、接觸的尺度。

 

一個男人在10月裏的溫暖一天中小睡。

 

他周圍是滿足其身心需要和愉悅的生活用品。

 

在這一張照片和下一張照片之間，照片本身的尺度和它們拍攝物件的尺度唯一一次大小相當。

 

“人是萬物的尺度”，智者普羅泰戈拉如是寫到。

 

 

此圖所示區域的邊長約為1米。

 

普羅泰戈拉（Protagoras）是古希臘哲學中“智者派”的代表人物之一，生活的年代大約在481 BC到411 BC之間。

 

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10米

 

一男一女正在公園中野餐。

 

這場野餐是以上從外太空開始的所有照片的中心。

 

 

此圖所示區域的邊長約為10米。從這裡往下是生物學的主要研究領域。

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100米

 

公園中的野餐距離喧囂的高速公路和碼頭上的遊艇都不太遠。

 

野餐的人盡可以自得其樂，因為附近沒有什麼人。

 

如果地球上的所有人全部平均分佈到所有陸地上的話，這兩位能分到的大約是本圖所示土地的6倍。

 

而要為他們提供穀物的話，他們只需耕種圖中的草地部分就行了。

 

 

此圖所示區域的邊長約為100米