英國(guó)科幻喜劇作家道格拉斯·亞當(dāng)斯曾經(jīng)在他的經(jīng)典科幻著作《銀河系搭車客指南》里，講過一個(gè)非常有意思的故事：說有一群外星人，率領(lǐng)著龐大的星際艦隊(duì)來襲擊地球，結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，自己犯了一個(gè)很嚴(yán)重的錯(cuò)誤，他們剛在地球上的一個(gè)公園里著陸，就被一條小狗吃掉了。因?yàn)檫@群外星人和他們的艦隊(duì)對(duì)于地球生物來說，實(shí)在是太小了！這個(gè)可笑的故事告訴我們，在和這個(gè)世界互動(dòng)的時(shí)候，適當(dāng)?shù)卦u(píng)估自己的尺度非常重要。在每天的日常生活中，因?yàn)楦鞣N原因，說不定你也會(huì)和故事里的外星人一樣，犯下尺度的錯(cuò)誤。這本《宇宙的尺度》，就是用來幫你從五個(gè)不同的角度，來更好地認(rèn)識(shí)宇宙，讓你在認(rèn)識(shí)世界的過程中，更加游刃有余。

其實(shí)對(duì)人類來說，由于上百萬年的進(jìn)化，我們的身體和大腦，已經(jīng)只能適應(yīng)一個(gè)特定范圍的尺度了。這個(gè)范圍里的尺度會(huì)讓人感覺舒服，科學(xué)家把這種尺度叫做“中間世界”。比如說，走路能輕松走完的一段距離，不超過人類一般壽命的一段時(shí)間，都在中間世界的范圍里。但是直到近代，人類才真正發(fā)現(xiàn)，在宇宙里，我們能感知、觸摸、觀察甚至理解的部分，都只是滄海一粟，真正的宇宙比我們熟悉的中間世界大得多。哲學(xué)家康德曾經(jīng)說過：“世界上只有兩種事物能讓他內(nèi)心常感到震撼，一個(gè)是人們頭頂?shù)臓N爛星空，另一個(gè)是人們心中崇高的道德法則?！睆倪@個(gè)角度來說，了解宇宙和了解我們?nèi)祟惿鐣?huì)一樣，都非常重要。宇宙的尺度有很多，這本書向你介紹的是目前人類研究最透徹的五個(gè)尺度，分別是：數(shù)字、尺寸、熱、時(shí)間和聲音。

本書作者大衛(wèi)·布拉特納，曾經(jīng)寫過10多本各種各樣主題的書，涉及的領(lǐng)域包括數(shù)字成像、航空、科學(xué)等等，他特別擅長(zhǎng)把一個(gè)技術(shù)層面或者一個(gè)科學(xué)方面的問題用通俗易懂的方式寫出來。他的科普書籍在全球已經(jīng)被翻譯成10多種語言，銷量超過百萬冊(cè)。

宇宙尺度?這本書主要講述了四個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容：第一個(gè)重點(diǎn)，是尺寸維度的宇宙尺度。宇宙給人的第一印象，往往是非常大，并且是不能描述的大。直到今天，我們甚至都不能判斷，宇宙到底有沒有邊界。要想了解宇宙，尺寸就應(yīng)該是你最先需要了解的；第二個(gè)重點(diǎn)，是溫度維度的宇宙尺度。人類在地球上生活的溫度范圍，最多也不過是幾十度，這個(gè)溫度范圍在宇宙的溫度譜系中，幾乎不值一提。這個(gè)重點(diǎn)介紹的就是超出你認(rèn)知的宇宙溫度；第三個(gè)重點(diǎn)，是時(shí)間維度的宇宙尺度。到今天，宇宙的年齡已經(jīng)有大約137億年，而最多不過百年的人生長(zhǎng)度，在宇宙尺度面前甚至連一瞬間都算不上。宇宙的壽命和宇宙里能存在的最短時(shí)間，都會(huì)在這里為你講述；第四個(gè)重點(diǎn)，是聲音維度的宇宙尺度。聲音的本質(zhì)，是分子在介質(zhì)里的運(yùn)動(dòng)，我們平時(shí)對(duì)聲音的了解大多只是聲音的大小，高低等等。但是自然界里的聲音，其實(shí)有很多不被人知的特點(diǎn)。

第一部分

說到什么東西有多大尺寸，我們就不能不提到數(shù)字。人類其實(shí)有一種本能，那就是比較擅長(zhǎng)處理小數(shù)字。比如，你看到一個(gè)三角形，根本就不用經(jīng)過腦子，就能知道這個(gè)圖形有三個(gè)角；看到五個(gè)蘋果，你也不用一個(gè)一個(gè)去數(shù)，就能輕松知道蘋果的數(shù)量是五。無論你覺得自己對(duì)數(shù)字敏不敏感，這個(gè)本能都在你的身體里。研究表明，哪怕是剛出生一天的嬰兒，也有理解小的抽象數(shù)字的能力。

但是一旦數(shù)字變大，事情就變得完全不一樣了。比如當(dāng)物體的數(shù)量超過六或者七時(shí)，你就不能再只靠感覺，而必須去數(shù)一數(shù)了。你可以拿一把筷子做實(shí)驗(yàn)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，你很難一下子數(shù)出十根筷子。當(dāng)然，這只是一個(gè)開始，如果說你還能比較清楚地理解“十”這個(gè)數(shù)字的意義的話，那么再大一點(diǎn)的數(shù)字，很容易讓你的大腦陷入混亂，沒有辦法準(zhǔn)確地感知。這個(gè)時(shí)候，我們就必須開始估算近似值，或者來找參照物了。比如“一千”，為了理解這個(gè)數(shù)字，你可能會(huì)把一個(gè)中等禮堂里的座位數(shù)量作為參照物，不然的話你很難想象一千到底有多少。

當(dāng)然，要理解宇宙的尺度，一千還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，你必須要使用指數(shù)才能去描述宇宙。上中學(xué)的時(shí)候，大家都學(xué)過科學(xué)計(jì)數(shù)法，就是一個(gè)1到10的數(shù)字，后面乘上一個(gè)10的多少次方，比如2×10的平方就是200，2×10的三次方就是2000。指數(shù)的威力在于，指數(shù)只需要變化一點(diǎn)點(diǎn)，它代表的數(shù)值就會(huì)有很大的變化。比如北京到上海的距離大約是1200公里，指數(shù)只要加1，就會(huì)變成地球的直徑，大約12000公里，指數(shù)如果再加一，就變成了地球和月亮之間距離的三分之一，大約127000公里。雖然這個(gè)數(shù)字已經(jīng)很大，大到讓我們沒有辦法用大腦去理解，它仍然只是宇宙里的一個(gè)小數(shù)字。對(duì)很多人來說，超過一百萬的數(shù)字聽起來都差不多：百萬、千萬、十億、萬億，在很多人眼里，區(qū)別只是越大的數(shù)字寫起來更麻煩一些。但是實(shí)際上，有很多例子可以向你展示，這些數(shù)字之間其實(shí)是有巨大差別的。

我們用高度來舉例：絕大多數(shù)的人，身高都不會(huì)超過兩米，有史以來長(zhǎng)得最高的人是美國(guó)的羅伯特·瓦德羅，他的身高達(dá)到了不可思議的2.72米。自然界中最高的動(dòng)物長(zhǎng)頸鹿能長(zhǎng)到5.5米，現(xiàn)在還活著的最高的樹木大約有115米，最高的金字塔胡夫金字塔有大約146米，這座金字塔在4000多年里，一直都是人類制造的最高建筑。在現(xiàn)代建筑里，最高的是在2010年建成的，迪拜的哈利法塔，有828米。剛才提到的這些高度，還是相對(duì)比較容易理解的，因?yàn)槎歼€屬于人類的尺度范圍，我們還比較熟悉，但是一旦面對(duì)一兩千米以上的物體，或者幾萬公里的距離，我們很快就會(huì)失去對(duì)尺度的感知。

比如說，地球到月亮的距離大約有38萬公里，而地球和太陽的距離，達(dá)到了1.5億公里。為了方便大家理解這些巨大的數(shù)字，作者在這里舉了一個(gè)生動(dòng)的例子：你可以在紙上畫一個(gè)句號(hào)，然后把這個(gè)句號(hào)看成是地球，那么月亮距離這個(gè)句號(hào)大約有1.5厘米，而太陽的尺寸，就相當(dāng)于一個(gè)小孩子的拳頭，距離地球這個(gè)句號(hào)6米開外。小孩子的拳頭比一個(gè)句號(hào)大得多，但是即使如此，太陽在宇宙里也不算大。目前人類已知的最大恒星是大犬座 VY ，這顆恒星的直徑是太陽直徑的2000倍，如果把它看成是珠穆朗瑪峰，那么太陽就只是一個(gè)直徑4.5米的圓球。

讓我們更進(jìn)一步，描述宇宙尺度最好的單位其實(shí)是光年。光速是宇宙里最快的速度，真空中的光速大約為每秒30萬公里，也就是說光一秒內(nèi)行進(jìn)的距離，可以繞地球七圈半。而光年指的是，光在真空里飛行一年的距離，也就是9.5萬億公里。就算是這么快的速度，一束光從銀河系的一端飛向另一端，需要十萬年才能到達(dá)。僅僅通過這些數(shù)字，你肯定想象不到銀河系到底有多大，你可以想象一下：如果把以冥王星軌道為邊界的太陽系，想象成一個(gè)硬幣，那么整個(gè)銀河系就和美國(guó)西部一樣大，是不是非常可怕？

不過，銀河系還只是宇宙中的一個(gè)普通成員而已。實(shí)際上，宇宙里包含的星系數(shù)量最多可能達(dá)到一萬億個(gè)。所以很多天文學(xué)家相信，這么多星星里面，肯定有很多行星上有水，就算這些行星里，只有很小的一部分適合生命的誕生，那按概率來說，我們幾乎肯定，宇宙里還存在著其他生命。我們?cè)谟钪胬锊⒉还陋?dú)。

第二部分

上面為你講述的就是本書的第一個(gè)重點(diǎn)，尺寸維度的宇宙尺度。下面，來為你說說溫度維度的宇宙尺度。

很少有什么事兒比洗個(gè)熱水澡更爽了，溫暖的熱水總能讓人感覺舒服和愉快，這并不是一個(gè)巧合，它背后有一個(gè)很重要的原因，那就是生命需要熱量。熱的本質(zhì)是運(yùn)動(dòng)，東西越熱包含的能量就越多。人類對(duì)溫度非常敏感，即使是一兩度的變化我們也能很明顯感覺到，因?yàn)闇囟群臀覀兊纳】迪⑾⑾嚓P(guān)。不過正像我們剛才說的，人類對(duì)世界的認(rèn)知范圍只局限于我們熟悉的中間世界。自然界的溫度跨度，遠(yuǎn)比我們熟悉的溫度跨度大得多。

先從低溫說起。 0攝氏度對(duì)我們來說其實(shí)就已經(jīng)很冷了，不穿衣服的話，人會(huì)很快在0攝氏度的環(huán)境下死去，但是0攝氏度其實(shí)算不上冷。你可以很輕松地買到干冰，但是請(qǐng)不要觸摸它，因?yàn)楦杀谋砻鏈囟瓤梢缘椭亮阆?9攝氏度。這個(gè)溫度聽起來就夠冷了，但是在1983年，研究人員在南極曾經(jīng)測(cè)出過零下89攝氏度的自然界最低溫度，地球上肯定有過更低的溫度，只不過沒被我們記錄下來。

零下100攝氏度的時(shí)候，橡膠輪胎會(huì)凍結(jié)起來，你很容易就能把它敲碎。溫度再降低80攝氏度左右，空氣中的氧和氮會(huì)變成液體，再冷40攝氏度，氧和氮就會(huì)變成固體。地球上沒有這么低的自然溫度，但是在宇宙里卻很常見。比如，冥王星的表面溫度是零下200多攝氏度。在宇宙星系中間的虛無地帶，這里沒有恒星帶來的光和熱，溫度可以達(dá)到零下270攝氏度，在這個(gè)溫度下，除了最難被冷凍成固體的氦氣以外，所有東西都會(huì)被凍結(jié)。

其實(shí)，溫度是有最低值的。人們?cè)缇桶l(fā)現(xiàn)了一個(gè)怪事，就是0攝氏度的氣體，溫度每降低一度，它的體積就會(huì)縮小1/273，如果這樣推理的話，當(dāng)溫度下降到零下273攝氏度的時(shí)候，這些氣體就會(huì)消失。當(dāng)然，氣體是不會(huì)憑空消失的，它們只是會(huì)凝固成固體，這個(gè)溫度是理論上宇宙的最低溫度，不能真正達(dá)到只能無限接近?？茖W(xué)家把這個(gè)溫度叫做“絕對(duì)零度”。不過，雖說這個(gè)溫度只能無限接近，到目前為止，人類在實(shí)驗(yàn)室里制造出來的最低溫度，僅僅比絕對(duì)零度高一百億分之一攝氏度。當(dāng)然，你應(yīng)該相信，這不會(huì)是人類探索低溫的終點(diǎn)。

再來看溫度的另一端，高溫。人們最開始探索高溫的行為，應(yīng)該是從使用火開始的。因?yàn)榛鹉馨l(fā)光，所以古代的人們認(rèn)為火是神圣的。實(shí)際上，任何物體在溫度達(dá)到500多攝氏度的時(shí)候，都會(huì)開始發(fā)出微弱的紅光。溫度繼續(xù)升高，700多攝氏度的時(shí)候部分物體會(huì)發(fā)出耀眼的紅光，2700多攝氏度時(shí)物體會(huì)發(fā)出明亮的橙色光，5700多攝氏度的時(shí)候，它就會(huì)變成黃白色。太陽表面的溫度大約有5500攝氏度，所以太陽的顏色應(yīng)該是明亮的橙色。

繼續(xù)升溫呢，地球的核心溫度是6600多攝氏度，比太陽表面還熱。但是和原子彈爆炸的溫度相比，這還只是冷水澡，因?yàn)楹肆炎兊臏囟瓤梢赃_(dá)到幾百萬攝氏度。放眼宇宙，更高的溫度隨處可見，太空中有些恒星的表面溫度是太陽的五萬倍，它們的核心溫度可以達(dá)到20億攝氏度。宇宙里還有一種奇觀，那就是超新星爆炸。1987年，天文學(xué)家觀察到了大麥哲倫星系的一次超新星爆炸，科學(xué)家們估計(jì)，這場(chǎng)爆炸內(nèi)部的溫度大約是2000億攝氏度。很多物理學(xué)家相信，宇宙大爆炸最開始的時(shí)候，溫度可以達(dá)到幾萬億攝氏度。在這種溫度下，即使是原子都無法存在。

目前人類通過使用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，已經(jīng)制造出了4萬億攝氏度的高溫，我們應(yīng)該相信，這個(gè)記錄還會(huì)被不斷刷新。但是，溫度也有理論上的最高極限，只有在這個(gè)極限之下，物質(zhì)才有可能存在。德國(guó)物理學(xué)家普朗克計(jì)算出，理論上的宇宙最高溫度應(yīng)該是1.4×10的32次方攝氏度。

第三部分

上面為你講述的就是本書的第二個(gè)重點(diǎn)，溫度維度的宇宙尺度。下面，來為你說說時(shí)間維度的宇宙尺度。

你只要看一眼手表，就可以感覺到時(shí)間的流逝。其實(shí)，在你聽完剛才這句話的時(shí)候，地球就已經(jīng)繞著太陽轉(zhuǎn)了120公里了。說實(shí)在的，要想理解時(shí)間，你必須拋棄頭腦里“長(zhǎng)”和“短”的概念，因?yàn)闀r(shí)間長(zhǎng)短都是相對(duì)的。對(duì)于有些微小的物理學(xué)粒子來說，百萬分之一秒就已經(jīng)很長(zhǎng)了，而對(duì)于宇宙來說，一百萬年也只不過是一瞬而已。

人們?cè)趲浊昵埃鸵呀?jīng)知道一年有大約365天，然后隨著科技的發(fā)展，我們對(duì)時(shí)間的定義也越來越精確。不過，對(duì)于我們普通人來說，一秒鐘可以走一米，心臟可以跳動(dòng)一下，人的一輩子大約可以活30億秒。這就是人類尺度下的時(shí)間。

而在地球和宇宙尺度下的時(shí)間就要長(zhǎng)得多。比如，45億年前地球誕生，如果你把一根繩子上的一毫米看成一年，那么一個(gè)世紀(jì)的長(zhǎng)度就是十厘米，一千年也只有一米。如果要展示地球的年齡，你需要的繩子，可以從舊金山一直拉到紐約。這樣看來，45億年真的很長(zhǎng)。

太陽的年齡大約是46億年，而宇宙可能起源于137億年以前。美國(guó)天文學(xué)家卡爾·薩根，曾經(jīng)提出過非常著名的“宇宙日歷”，他把宇宙的整個(gè)歷史壓縮到一年里。在這個(gè)宇宙日歷中，如果宇宙在1月1日誕生，那么銀河系在3月才開始成形，太陽和地球直到9月1日才誕生，同樣在9月，地球上出現(xiàn)了單細(xì)胞生物，11月出現(xiàn)了多細(xì)胞生物，恐龍?jiān)?2月29日滅亡，人類的史前生活，發(fā)生在除夕夜的最后一個(gè)小時(shí)，而我們所有有記載的文明史，都發(fā)生在12月31日最后1分鐘的最后22秒里。和宇宙比起來，我們確實(shí)不值一提。

這還不算完，其實(shí)我們的宇宙還很年輕。雖然10億年后地球就可能不再適合生命生存了，70億年后太陽就會(huì)熄滅，但是宇宙里最后的一顆恒星，可能會(huì)在100萬億年之后才死去。把這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度稱作天荒地老，應(yīng)該還挺合適的。

話說回來，雖然說時(shí)間沒有最長(zhǎng)，但是卻有最短。根據(jù)科學(xué)家推測(cè)，宇宙中最小的長(zhǎng)度大約是1.6×10的負(fù)35次方米，我們把這個(gè)長(zhǎng)度叫做普朗克長(zhǎng)度。由于微觀世界的物理規(guī)律，任何比普朗克長(zhǎng)度還短的東西，都不可能存在。而光走過一個(gè)普朗克長(zhǎng)度的時(shí)間，就是宇宙里的最短時(shí)間，我們把它叫做普朗克時(shí)間，大約是5×10的負(fù)44次方秒，沒有比這個(gè)更短的時(shí)間了。

第四部分

上面為你講述的就是本書的第三個(gè)重點(diǎn)，時(shí)間維度的宇宙尺度。下面，來為你說說最后一個(gè)重點(diǎn)：聲音維度的宇宙尺度。

聲音的本質(zhì)，其實(shí)是分子在某種物質(zhì)里的運(yùn)動(dòng)?？梢哉f，我們的聽覺是另外一種觸覺，我們的耳朵就像手指，可以去觸摸空氣里的振動(dòng)。想一想，我們抬頭就能看到天上的星星，這是因?yàn)楣饪梢栽谡婵盏挠钪胬飩鞑?；但是我們聽不到宇宙?zhèn)鱽淼穆曇?，這是因?yàn)槁曇舨荒茉谡婵绽飩鞑ァＢ曇舻膫鞑?，本質(zhì)是一個(gè)振動(dòng)的分子去推動(dòng)下一個(gè)分子，就像演出結(jié)束后，人們推推擠擠地離開劇院，直到推動(dòng)到你的耳朵里，這樣你才能聽到聲音。這樣可想而知，如果是在真空里，什么依托都沒有，聲音就不能傳播了。

我們?cè)賮碚f說聲音的速度。我們剛剛說，光是宇宙里速度最快的東西，每秒鐘就可以繞地球跑七圈半，但是聲音就慢得多了。比方說，兩個(gè)人站在相距兩公里的地方，一個(gè)人拿發(fā)令槍發(fā)令，另一個(gè)人計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)的人從看到發(fā)令槍冒煙開始計(jì)時(shí)，聽到槍響結(jié)束計(jì)時(shí)。你可能覺得，這根本來不及計(jì)時(shí)吧？但事實(shí)上，在聽到槍響前，你可以數(shù)將近7秒鐘。

從這個(gè)現(xiàn)象里不難看出，其實(shí)聲音的速度要比光速慢得多。告訴大家一個(gè)判斷閃電距離的小竅門：雷聲和閃電其實(shí)是同時(shí)出發(fā)的，你看到遠(yuǎn)處的閃電就開始讀秒，直到聽見雷聲再停下來，你數(shù)出來的秒數(shù)除以3，就是閃電離你的距離，單位是公里。如果秒數(shù)太少，算出來的距離在1000米以內(nèi)，可是要注意防雷的。

這是因?yàn)槁曇粼诳諝饫锏膫鞑ニ俣却蠹s是340米每秒。之所以用“大約”這個(gè)詞，是因?yàn)榭諝獾臏囟纫矔?huì)影響聲音的傳播速度?？諝庠綗崧曇魝鞑ピ娇?，反之就越慢。另外，聲音在液體和固體里的傳播速度更快，比如聲音在淡水里的傳播速度是大概1500米每秒，在鋼鐵里的傳播速度可以達(dá)到大概6000米每秒。不過，有一個(gè)很奇怪的現(xiàn)象是，聲音并不擅長(zhǎng)在兩種不同的物質(zhì)里傳播，不信你可以試試，釣魚的時(shí)候，你大聲說話也不會(huì)把水里的魚嚇跑，因?yàn)轸~很難聽到你的聲音。

說完了聲音的速度，另一個(gè)不得不提的聲音要素就是大小了。我們一般用分貝來衡量聲音的大小。聲音每增大10分貝，響度就增大一倍。也就是說，40分貝的聲音，響度是30分貝聲音大小的兩倍。這樣一來，其實(shí)聲音大小的增長(zhǎng)速度是很快的。電吹風(fēng)的聲音只有80分貝，而120分貝以上的聲音，就足以讓你的耳朵產(chǎn)生永久性的聽力損傷。目前人類已知的自然界最響的聲音，來自1883年印度尼西亞喀拉喀托火山的噴發(fā)，那次噴發(fā)的巨大的聲響超過了180分貝，甚至讓遠(yuǎn)在5000公里以外的毛里求斯都能聽到。當(dāng)然，人類可以制造出更響的聲音，比如核彈爆炸可以達(dá)到275分貝。不過，由于空氣的氣壓原因，在空氣里傳播還能不失真的聲音上限，只有194分貝，超過這個(gè)響度，聲音就會(huì)走音。