【超震撼！！！圖示從10億光年到0.1飛米！！！！ 】

精靈

1千米

 

現在我們看到的可不是地圖上的那些個符號。

 

這裏是城市裏很平常的一副場景：湖邊的快車道、士兵的駐地、一段飛機跑道、泊船的碼頭以及博物館。

 

 

此圖所示區域的邊長約為1公里，即1000米。

 

從這個尺度往下是我們日常生活的尺度。

精靈

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

精靈

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。

精靈

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。

 

精靈

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。

精靈

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。

精靈

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。】

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

精靈

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

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

精靈

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

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。

 

精靈

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。

精靈

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。

精靈

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。

精靈

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。

精靈

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。

精靈

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。

精靈

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。

精靈

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………………………………