從人開始

大自然的安排真是非常奇妙，我們人類的大小介于太陽和一個分子之間——太陽的直徑是1.392×10⁹米，一個分子的直徑則大約是10^-9米，人的大小正好是橫跨宏觀宇宙和微觀世界的中心點。

大自然在人這樣的尺度上達到最復雜的程度，并非出于偶然，我們尺度的大小在進化中起到了重要作用。如果我們變成昆蟲大小，生活中每件事幾乎都不同了，一個螞蟻般大小的人永遠寫不出書來，因為一臺螞蟻大小的打字機的鍵盤都會黏在一起，一本螞蟻大小的書也是如此，而且，螞蟻永遠也不能生一團火，因為最小的火焰也要比它的身體大。因此，人類正是有了這樣的大小，才有了進化的能力。

另一方面，如果我們長得太高大的話，我們就會變得很脆弱。只要被什么東西絆倒，可能就倒地不起。以成人和嬰兒為例，成人和嬰兒都摔倒時，成人倒地時的動能要比嬰兒倒地時大6倍。如果成人是現(xiàn)在的2倍大，他走路時就會像踩高蹺那么危險。

而最大的宇宙和最小的原子都在我們身上交相輝映：我們會受到一個小到百萬分之一米的病毒的侵害；小小的DNA雙螺旋分子居然包含了我們所有的遺傳密碼；同時，我們也在接受太陽的光輝，依賴它的能量。太陽系之外那廣大的宇宙對我們來說也并非多余，只有在一個足夠巨大的宇宙中才有可能產(chǎn)生擁有復雜智慧的生命。

這就是我們的大自然，世間萬物并不是隨意散布在自然界中的，它們的大小是大自然中各種力之間的一種平衡，它們的位置是由自然常數(shù)的固定值所確定的。從亞原子粒子的世界到無垠的宇宙，事物的排列有著出乎我們意料的秘密?，F(xiàn)在讓我們從人開始，以10的次方為階梯，向下追溯到最小的世界，向上追溯到最大的宇宙，去觀賞那意想不到的魔景吧！

從1米開始，到最大的宇宙

10⁰米（1米）  日常生活

這個尺度是和人們日常生活最密切相關的尺度。米這個測量單位本身就和人的手臂長短相關。大部分成年人的身高都超過1.5米，不到2米，只有少數(shù)人的身高才會超過2米。我們常常能聽到，人們說某個東西“一人多高”，這正是用我們的身高來度量事物。

1米尺度的東西非常多，舉不勝舉。我們到商店去買褲子，褲子總在1米上下；我們使用的書桌、寫字臺，長度也總在1米上下。

10¹米（10米）  最大的動物

當代活著的最大的動物是鯨魚，比較大的鯨魚長度一般都超過10米，最大的達到30米。但是沒有一種動物能達到100米的長度，即使是很久以前橫行一時的恐龍也不過幾十米而已。

10²米（100 米）  最高的植物

長壽的巨大紅杉一般高約80 米，最高的甚至可達100米，而且沒有任何一種單個的生物形式比參天大樹更高大了。100米的尺度可以說是地球上生物體大小的極限。

10³米（1千米）  一個社區(qū)

在1千米見方的城市里，我們可以看到一個典型的社區(qū)：居民樓、商店、公園、小學、馬路??

此外，絕大多數(shù)小行星直徑都在1 千米以下。

10⁴米（10千米)最高的山峰

地球上最高的山峰無法超越1萬米（10千米）。因為山越高也就越重，山的基部承受的壓力也就越大。對于地球這顆行星的引力來說，如果山超過1萬米的高度，它就會坍塌，陷入地殼中，所以地球上的最高峰——珠穆朗瑪峰只有8848米。

中子星的直徑一般只有10千米左右。質量在太陽1.4～3倍之間的恒星，其演化的結局就是中子星。

10⁵米（100千米）  特大型城市

一個特大型城市方圓可達上百千米。

10⁶米（1000 千米）  中等國家

一個中等國家的邊長大約有1000千米，但像中國這樣的大國，其南北或東西的距離都長達數(shù)千千米，而像文萊、盧森堡這樣的小國方圓不過數(shù)百千米。

此外，最大的小行星（谷神星）直徑有1000千米，月球的直徑則近3500千米。

10⁷米（1萬千米）  地球整體

地球的直徑大約是1.27萬千米，周長大約是4萬千米。在一個邊長為1萬千米的正方形里我們可以看清地球全貌。這是一顆藍色行星，有著藍色的天空和海洋，還有白色的云彩和褐色的陸地。

白矮星的大小和地球差不多。質量是太陽質量1.4 倍以下的恒星，其最后的結局就是白矮星。

10⁸米（10萬千米）  最大的行星

太陽系中最大的行星是木星，它比地球大1300多倍，其直徑有14萬多千米。木星沒有固體表面，是一個氣態(tài)行星，因此，有人說它是一顆失敗的恒星。

10⁹米（100萬千米）  地月系統(tǒng)

在這個尺度下，月亮繞地球旋轉的軌道充滿了整個畫面。月球距離地球約38.4萬千米，是離我們最近的天體。月光幾乎使大部分星光黯然失色，由月亮引起的錢塘江大潮以及海邊每天出現(xiàn)的潮漲潮落，都說明了它是多么接近地球。

此外，太陽的直徑約139萬千米，一個太陽比整個地月系統(tǒng)還要大。

10¹⁰米（1000萬千米）  土星和木星的衛(wèi)星

除地球外，火星、木星、土星、天王星、海王星等太陽系行星都有衛(wèi)星。其中，木星和土星的衛(wèi)星家族最為龐大，土星有近30顆衛(wèi)星，而木星衛(wèi)星達到了驚人的79顆！離土星最遠的衛(wèi)星是土衛(wèi)九，遠達1300萬千米。

10¹¹米（1億千米）  日地系統(tǒng)

地球到太陽的平均距離約為1.495×1011米，這樣的距離不遠不近，是地球生命產(chǎn)生的必要條件。

10¹²米（10億千米）  超巨星

超巨星的直徑長達十幾億千米，比太陽到火星的距離還要遠。超巨星是宇宙中最大最亮的恒星，其質量可以高達太陽的20倍。

10¹³米（100 億千米）  太陽系

冥王星距離太陽近60億千米，因此，在100億千米這個尺度下，可以看到太陽系全景。

太陽系的成員包括太陽和八大行星、已證實的幾十顆天然衛(wèi)星、已正式編號的3000 多顆小行星、為數(shù)眾多的彗星、流星體以及散布行星際空間的稀薄氣體和塵埃等物質。

10¹⁴米（1000億千米）  柯伊伯帶

離太陽約1000億千米的地方存在著一個彗星倉庫，名叫“柯伊伯帶”。柯伊伯帶可能含有上億顆彗星。

10¹⁵米（1萬億千米）  太陽系的邊疆

在離太陽1萬億千米的地方，即使沒有了繞著太陽旋轉的行星，太陽的引力仍能發(fā)揮微弱的作用，這里是太陽系遙遠的邊疆。

10¹⁶米（10萬億千米或約1光年）  奧爾特云

奧爾特云被認為是彗星的起源地，有學者推測，太陽系形成時留下的碎片在這里聚集成了彗星。奧爾特云中的物質總量大約只有地球質量的幾倍，但卻含有幾千億顆彗星，柯伊伯帶的彗星就來自這里。

10¹⁷米（約10光年）  銀河星團（疏散星團）

雖然大多數(shù)恒星在空間中是隨機分布的，但有一些卻顯示為“群居的亮點”。由10顆以上的恒星組成的、彼此具有物理聯(lián)系的恒星集體稱為星團，星團可分為銀河星團（又名“疏散星團”）和球狀星團。銀河星團大多位于銀道面附近，其直徑一般不到幾十光年，所含的恒星數(shù)從10顆以上到幾百顆不等，銀河星團里的恒星大都是分布在銀河系旋臂上的年輕、熾熱的星，它們常常含有恒星從其中形成的原始星云的痕跡。

10¹⁸米（約100光年）  球狀星團

球狀星團與銀河星團的區(qū)別不僅在形狀和大小上，它們在銀河系中的分布情形也不一樣。球狀星團由于它們的形狀是球形或接近于球形而得名，其所含恒星數(shù)可多達10萬顆以上。星團內恒星平均密度要比太陽附近恒星的密度大50倍左右，而且越往中心密集度越高，中心的恒星密度要比太陽附近恒星的密度大1000倍。球狀星團的直徑從幾十到幾百光年不等，它們是在銀河系誕生初期形成的天體，由最古老的恒星組成，一般年齡在120億歲以上。

10¹⁹米（約1000光年）  矮星系

矮星系是圍繞銀河系運動的伴星系，一般只含有幾百萬顆恒星。目前已發(fā)現(xiàn)有10個矮星系在圍繞銀河系運動，如同一群衛(wèi)星圍繞一個大行星運動。因此，這些矮星系是受銀河系萬有引力控制的銀河王國的屬地。

10²⁰米（約1萬光年）  太陽在銀河系中

我們的太陽是銀河系中一顆普通的恒星，它位于銀河系的旋臂上，離銀河中心大約2.7萬光年。太陽以每秒250千米的速度繞銀河中心運動，其運行一周需要2.25億年（即一個宇宙年）。

10²¹米（約10萬光年）  銀河系

中心區(qū)域的引力把數(shù)千億顆恒星相互束縛在一起，形成了星系，我們的銀河系就是這樣一個星系。銀河系大約有2000億顆恒星，與一座倉庫中塞滿的稻米粒數(shù)相等。銀河系雖然星星眾多，但95%是又暗又冷的紅矮星、橙矮星和白矮星。

即便銀河系是這樣的龐大，但在廣袤的宇宙中，它仍然是微不足道的。

10²²米（約100萬光年）  本星系群

我們的銀河系隸屬于本星系群，本星系群是一個小星系團，它僅含大約40個成員，其中大部分是矮星系（只含有幾百萬顆恒星的小星系），但也有巨型的仙女座星系。

10²³米（約1000萬光年）  星系團

在這樣的尺度下，我們可以看見一個完整的星系團。星系團是許多星系在引力作用下聚集而成的大大小小的不同集團。離我們最近的大星系團是室女座星系團，這是一個包含至少2500個星系的巨大集合。

星系團中的各星系并不總是相安無事的，星系和星系還會發(fā)生碰撞。星系的碰撞并不像我們日常生活中所看到的碰撞現(xiàn)象那樣猛烈，而是延續(xù)很長時間，長久得可以和地球上久遠的地質年代相比擬。

10²⁴米（約1億光年）  超星系團

超星系團由星系團聚集成群而形成。我們所在的超星系團叫本超星系團，本超星系團是包含數(shù)千星系的雪茄形巨大集團。本超星系團以外是其他超星系團，它們中的許多以其成員出現(xiàn)的星座命名，如2.5億光年以外的雙魚—英仙座超星系團和5億光年以外的武仙座超星系團。

超星系團在空間排列成串，恰似一縷縷不盡的蛛絲。

10²⁵米（約10億光年）  像塵埃似的星系

如果我們有一張長寬標度大約各為10億光年的天文照片，我們就可以看到在黑暗背景上分布著數(shù)以百計、大小不一的小亮點，類似于我們在陽光下看到的漂浮在空氣中的微小塵埃，這些毫不引人注意的小亮點都是一些龐然大物：星系、星系群、星系團、超星系團……

那些離我們數(shù)十億光年之外的星系非常古老。因為從遙遠星系發(fā)出的光到達我們的地球，要走幾十億年，因此，我們今天看到的這些天體，還是幾十億年前的舊模樣。很久很久以前，當光線離開這些天體時，地球上的生命還處于原始的細菌狀態(tài)呢！

10²⁶米以上（約100億光年以上）  不斷膨脹的宇宙

我們的宇宙是一個有限的宇宙，它產(chǎn)生于約138億年前的一次大爆炸，此后就不斷膨脹，直至今日仍在膨脹中。宇宙的形狀和大小仍是科學界的難題。

從1米開始，到最小的世界

10^-1米（1分米）  手掌

伸開你的手，從手腕到中指指根大約就是0.1米。在自然界中像手掌大小的物體有很多，既有各具特色的人工制品，也有形形色色的生物體。通常，水杯的高矮、錢包的大小、鋼筆的長短等都在0.1米左右；盛開的花朵、池塘中的青蛙、活蹦亂跳的蝦等也都在0.1米左右。

10^-2米（1厘米）  小昆蟲

很多小昆蟲只有1厘米大小，比如螞蟻、小甲蟲、小蜜蜂等。

10^-3米（1毫米）  視覺的極限

人眼看1毫米的事物已經(jīng)很費力了，虱子大約就在1毫米上下。

10^-4米（1絲米)  顯微鏡下

把0.1 毫米見方的畫面放大到書本那么大，未曾預料到的細節(jié)出現(xiàn)了：我們看似光滑的皮膚上滿是刻痕、皺紋和大塊的穢物，順著眼睫毛泌出的油水如同污泥，還有許許多多奇形怪狀的生物隱藏在我們的絨毛上，我們簡直不能使自己適應這種新情況。

再深入下去，我們會進入一個內部世界，對于我們來說就像遙遠的恒星世界那樣不熟悉。這個世界里充滿著各種各樣不知名的微生物。它們能在各種惡劣環(huán)境下生活，代表著地球生命潛能的極限。

10^-5米（1忽米）  細胞

大多數(shù)細胞的直徑在幾微米至幾十微米之間。當然也有些細胞比較大，比如雞的卵細胞（雞蛋）的直徑有35毫米（約等于3500忽米），鴕鳥的卵細胞（鴕鳥蛋）的直徑可達75毫米（7500忽米）。

細胞是所有生物體（病毒除外）結構和功能的基本單位，每一個細胞都包含全套遺傳信息，能獨立生存，表現(xiàn)出各種生命特征。

10^-6米（1微米）  細胞核

細胞核是由核膜、核仁和染色體幾部分組成的。細胞核的功能主要是儲存和傳遞遺傳信息，其中的染色體組就包含著該物種的遺傳信息，并能進行自我復制，因此可以世代相傳，保持物種的連續(xù)性。

10^-7米（100納米）  病毒

病毒是能引發(fā)疾病的病原體，它是介于生物與非生物之間的東西。病毒沒有細胞結構，主要由核酸和蛋白質組成。核酸位于病毒的中心，它帶有病毒的遺傳信息，在病毒的繁殖、變異等方面起主要作用。

大多數(shù)病毒都小于150納米，最大的痘病毒也不過300納米，口蹄疫病毒是最小的，只有20納米。

10^-8米（10納米）  DNA、RNA和蛋白質

這三者都是構成細胞的有機大分子，它們之間既相互聯(lián)系又各有不同的結構和功能。DNA是脫氧核糖核酸英文名稱的縮寫，它與英文縮寫為RNA的核糖核酸一起，是控制生物性狀遺傳的主要物質。DNA是遺傳物質，決定著后代的生物性質；RNA則是遺傳信息的攜帶者，它把DNA上的遺傳信息帶到細胞質的核糖體上，作為蛋白質的合成模板，指導著蛋白質的合成，可以說，它是DNA和蛋白質之間的信使。蛋白質是由許多氨基酸聚合而成的大分子，生物體的所有性狀最終都是通過蛋白質來體現(xiàn)的，因此它在生命活動中起著關鍵作用。

10^-9米（1納米）  分子

分子是物質中能夠獨立存在并保持本物質一切化學性質的最小微粒，由原子組成。大多數(shù)分子含有不同的原子（如水分子H2O），也有少數(shù)簡單的分子由完全相同的原子組成（如氫分子H2）。

10^-10米（1埃）  原子

原子由一個小小的帶正電的原子核和周圍一群帶負電的電子組成，原子的總電荷等于零。原子的模型就像縮小了的太陽系。

從比例上來說，原子核和電子之間的空間非常廣闊，如果把原子放大到一個球場那么大，電子就像大廳中的一顆沙粒。但電子圍繞原子核的運動并沒有確定的軌道，而是遵循著概率原則。

10^-11～10^-13米（10微微米～100飛米）  原子內部

在原子內部，運動著的電子云幾乎占滿了整個原子的空間。

在原子外層運動的電子很容易受外界因素的影響，而靠近原子核的內層電子則迥然不同，它們處于明顯的孤立狀態(tài)，只對內部原子核有反響，而外部作用很難影響它們，不管是火焰、沖擊波還是化學攻擊等都不能影響它們。

10^-14米（10飛米）  原子核

原子核由質子和中子組成，原子核帶正電荷，與圍繞著它旋轉的帶負電荷的電子互相吸引，它緊緊束縛住電子，使原子處于穩(wěn)定狀態(tài)。

原子核又重又小，每個原子的重量主要集中在原子核，相形之下，電子的質量顯得微不足道。

10^-15米（1飛米）  質子和中子

20世紀前50年，人們一直把質子和中子當作基本粒子，后來人們發(fā)現(xiàn)它們都有內部結構，由夸克構成。質子由2個上夸克、1個下夸克組成，中子由1個上夸克、2個下夸克組成。質子帶有正電荷，中子不帶電荷，比質子質量稍大。它們都比電子的質量大近2000倍。

10^-18米(1阿米)～10^-19米  基本粒子家族

這是物質結構的最基本層次，目前已知的基本粒子有數(shù)百種，它們被分為三大類：夸克、輕子和媒介粒子。作為基本粒子，它們不能分裂也不能通過內部的重新排列變成其他的東西。沒有直接實驗數(shù)據(jù)能表明它們的大小，但間接證據(jù)表明，它們均小于10^-18米，必須要有目前人類還無法達到的極高的能量，才能分辨如此小的時空結構。

夸克是不自由的，并不能單獨存在，它們都被禁閉在質子和中子這樣的強子中；輕子包括電子、中微子等6種成員；媒介粒子則包括光子等，是在其他粒子間傳播相互作用力的粒子。

10^-20～10^-34米  物理大沙漠

其間的物理事件我們了解甚少。

10^-35米  普朗克長度

這個尺度相當于一個質子大小的1020分之一，在三維空間中，沒有比這更小的尺度了，這是空間的起點。在這尺度以下，經(jīng)典的時空概念開始失效，空間是卷曲的十維或十一維，最基本的粒子都被分解成一根根振動的弦。這是我們無從了解的世界，也是理論物理學家正在紛紛猜測的世界。