10億光年——這是一個(gè)什么概念呢？光年，光走一年的路程。光速！它是速度公認(rèn)的極限，每秒299792458米，能在眨眼間繞地球七圈半?？匆娒矗瓦@么快的光，讓他跑吧，跑個(gè)一年，所度量出來的距離就是一光年了?，F(xiàn)在各位把鼠標(biāo)移到屏幕的左下角，點(diǎn)“開始”－“程序”－“附件”－“計(jì)算器”，都來動(dòng)手算算它，這一年是31536000 秒，一秒跑299792458米，乘出來就9454254955488000米，約等于十萬億公里吧。你說什么，簡直天文數(shù)字？廢話，天文上的數(shù)字當(dāng)然得是天文數(shù)字啦～～～～～但這也僅僅只不過是一光年的長度。

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

　　普遍認(rèn)為宇宙誕生到現(xiàn)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150億光年這樣的范圍之內(nèi)。150億光年遠(yuǎn)的地方的光被我們看到時(shí)已經(jīng)在宇宙間穿越了150億年，那是宇宙誕生時(shí)的影像?。?！

　　下面這張圖是在十億光年這樣的數(shù)量級(jí)下觀測宇宙，上面的每一個(gè)象素點(diǎn)所表現(xiàn)的事物都是無比古遠(yuǎn)的。絕大部分空間都如此圖所示那樣空無一物，遙遠(yuǎn)的星系發(fā)出的光芒就象是一小撮灰塵。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倍之后我們依然看不到新的結(jié)構(gòu)或者新的空隙；在這個(gè)尺度上宇宙大體上是均勻的。在這么大的空間范圍中，新奇的東西其實(shí)存在于時(shí)間之中，而不在空間之中。所有的劇變都發(fā)生在過去。這里展示的場景，在至少幾十億年之后，將逐漸黯淡下來；同時(shí)，昏暗的星團(tuán)們將漂移地更為分散。

　　【此圖所示區(qū)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(dāng)于10萬億公里。而10億光年就大約是10的25次方米。由于光速的不可超越性，1光年之外的星星發(fā)出的光，需要1年才能到達(dá)我們這里。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(shí)只是它們在10億年前的影像。我們似乎是在朝遠(yuǎn)處看，實(shí)際上是在朝過去看。這就是說明中那句“存在時(shí)間之中，而不在空間之中”的意思?，F(xiàn)在人類能觀測的最遠(yuǎn)距離約為150億光年，那已經(jīng)是非常接近宇宙大爆炸初期的影像了，因?yàn)榇蟊ň桶l(fā)生在約150億年前。也就是說，上面這張照片的邊長如果再擴(kuò)大4倍的話，就是我們?nèi)祟愑锌赡苡^測到的全部宇宙。宇宙的全部歷史就在其中。另外，由于宇宙中所有物質(zhì)的總質(zhì)量，現(xiàn)在看來還達(dá)不到相對(duì)論所要求的下限，所以宇宙的膨脹將無止境地繼續(xù)下去，所以說明中最后強(qiáng)調(diào)了各星團(tuán)將繼續(xù)“分散”下去。】

　　

　　1億光年

　　　　向著我們在銀河系中的遙遠(yuǎn)家鄉(xiāng)，我們再前進(jìn)一步看看。但我們至多只看到一個(gè)大一些的，很多星系糾纏在一起的星團(tuán)，這是處女座星團(tuán)。星系按規(guī)則是圍繞著星團(tuán)或星群運(yùn)動(dòng)的。有理由相信我們的銀河系自身就是處女座大星團(tuán)的一個(gè)組成部分，受到它的持續(xù)不斷的引力的拉動(dòng)；處女座星團(tuán)自身又是一個(gè)超星團(tuán)的組成部分。銀河系周圍，在一個(gè)較大范圍的空間里沒有值得注意的星系。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1億光年，即10的24次方米。處女座星團(tuán)（Virgo cluster），由于從地球上看位于黃道上的處女星座而得名，由不到2000個(gè)星系組成（銀河系即為其中之一）。它本身又是所謂“本超星團(tuán)”（Local supercluster）的一部分。處女座星團(tuán)的中心地帶離銀河系約5千萬光年?！?br>
　　

　　1000萬光年

　　　　這些就是我們的宇宙區(qū)域內(nèi)的星系，每一個(gè)亮點(diǎn)都是由幾十億顆恒星發(fā)出的光芒匯集而成。恒星間相互的引力把它們聚集為星系，每一個(gè)星系都是由運(yùn)動(dòng)的恒星組成的復(fù)雜的集團(tuán)。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1千萬光年，即10的23次方米。離銀河系最近的是仙女座星系（Andromeda Galaxy），約在250萬光年之外，應(yīng)該就是圖中小框框之外，左下邊的那個(gè)。由于從地球上看該星系位于仙女星座，故有此名。著名的“仙女座大星云”（仙女座圣斗士瞬的武器的典故？）是其舊名。現(xiàn)在已經(jīng)證實(shí)該星系的中心有一個(gè)黑洞。另外，圖中小框框之外，右下邊的那個(gè)應(yīng)該是三角座星系（Triangulum Galaxy），那是離銀河系第二近的星系，約在260萬光年之外。它是地球上能用肉眼觀察到的最遠(yuǎn)的天體?！?br>
　　

　　100萬光年

　　　　這個(gè)扁扁的餅就是我們的星系——銀河系，可以看到它的旋臂結(jié)構(gòu)。在空間中運(yùn)行時(shí)，銀河系還帶著它的兩個(gè)衛(wèi)星星系——大小麥哲倫星系。比我們的銀河系更大的星系并不多，而比兩個(gè)麥哲倫星系更小的星系似乎也不多。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1百萬光年，即10的22次方米。大小麥哲倫星系，由首次完成環(huán)球航行的葡萄牙航海家麥哲倫于1519年發(fā)現(xiàn)，故得名。它們就是圖中框框之外，左下邊的那兩個(gè)不規(guī)則亮點(diǎn)。由于它們的位置從地球上看非?？磕?，北半球的觀測者很難直接觀察，所以只有接近赤道或者到達(dá)南半球時(shí)（如麥哲倫的航行那樣）才能被發(fā)現(xiàn)。不過有些阿拉伯的天文學(xué)家在公元10世紀(jì)就記載了它們的存在，可能這些學(xué)者和來往于非洲和阿拉伯的水手們有過接觸。銀河系和兩個(gè)麥哲倫星系的關(guān)系，就象地球和自己的衛(wèi)星月球一樣，所以它們被叫做衛(wèi)星星系。大小麥哲倫星系是圍繞著銀河系運(yùn)動(dòng)的，一般不被視為獨(dú)立的星系。所以，離銀河系最近的星系一般都認(rèn)為是前面提到的仙女座星系。兩個(gè)麥哲倫星系離銀河系的距離約為20萬光年。它們的大小是銀河系的1/10，直徑約1萬光年?！?br>
　　

　　10萬光年

　　我們正在俯視銀河系。一千億顆恒星由于彼此引力的吸引而圍繞著銀河系中心區(qū)域旋轉(zhuǎn)，有些比較靠里，有些靠外。我們的太陽，和其他恒星一起圍繞著“銀心”作順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，每3億年環(huán)繞一周。圖片的背景中還有其他星系，和我們的銀河系一樣，它們一邊在漂移，一邊也在緩慢地旋轉(zhuǎn)。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為10萬光年，即10的21次方米。銀河系的直徑約為10萬光年，其中最核心的直徑約3萬光年的一部分被稱為“銀核”，是恒星較集中的區(qū)域。銀河系包含的恒星總數(shù)約2千億－4千億顆，大致按照4條旋臂分布?！?br>
　　

　　1萬光年

　　恒星的星云和發(fā)光的氣體，以及一小塊一小塊的暗塵，組成了變化緩慢的、銀河系“餅狀結(jié)構(gòu)”的旋臂。我們的太陽尚在很遠(yuǎn)之外，這里看不見，但它就在圖片的中心，靠近一條旋臂。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1萬光年，即10的20次方米。太陽系處在銀河系4條旋臂之一的附近，距離銀河系的中心約2.5萬光年。太陽系圍繞“銀核”旋轉(zhuǎn)的速度是每秒217米。】

　　

　　1千光年

　　在這張照片里，我們已經(jīng)深入了銀河系內(nèi)部，周圍是一群群的恒星，它們已經(jīng)可以被單獨(dú)地分辨出來了。幾乎所有的上千顆被古代觀天者定位并歸納為星座的恒星，都在這里，它們就是我們的銀河系鄰居。這里還有上千顆另外的恒星，只是由于太暗而看不見。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1000光年，即10的19次方米。在太陽系周圍的這些恒星——當(dāng)然都是銀河系的一員——是我們在地球上看到的星空的主要部分。由于它們比較集中在銀河系的“餅狀結(jié)構(gòu)”之中，所以從地球上看它們在一個(gè)方向上才那么集中，才形成所謂“銀河”的形狀。只是因?yàn)樗鼈冸x我們這么近，所以它們的光我們看起來這么亮。】

　　

　　100光年

　　滿天的點(diǎn)點(diǎn)繁星。它們之中的一個(gè)，在正中間，不過由于太暗而看不到，就是我們的太陽。在北半球的天空很顯著的大角星，在這里閃耀著。大角星本來就比我們的太陽更亮，而且我們在這里離它也更近。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為100光年，即10的18次方米。大角星（Arcturus），位于牧夫座（Bo鰐es），沿“北斗七星”（即大熊座，Ursa Major）的斗柄三星的延長線，可以找到的一顆紅色亮星。大角星是全天第3亮星（不算日、月以及太陽系內(nèi)的各行星），僅次于天狼星（Sirius）和“南極老人星”（Canopus）。由于另兩顆主要在南半球才可看到，所以大角星是北半球常見的最亮的星。它離太陽約36光年，其直徑是太陽的10倍，絕對(duì)亮度比太陽亮190倍?！?br>
　　

　　10光年

　　　　我們所知的絕大部分物質(zhì)都形成了恒星——內(nèi)部的核火焰蘊(yùn)育出的氣體團(tuán)，通?？梢猿掷m(xù)燃燒很長的時(shí)間。在旅程的這個(gè)階段，附近是沒有恒星的，我們在圖片中看到的星星都是距離非常遙遠(yuǎn)的恒星背景，和我們在地球上看到的景象沒有區(qū)別。前后好幾張圖片的恒星背景都沒有變化。由于它們在背景很遠(yuǎn)的地方，而我們一步一步前進(jìn)的步伐相比之下又太小，所以它們的位置沒有明顯的移動(dòng)。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為10光年，即10的17次方米。很可惜這里沒看到天狼星。天狼星是全天第一亮星，位于大犬座（Canis Major，南天的著名星座），距離太陽約8.7光年，體積比太陽大2倍，亮度比太陽亮20倍。另外，離太陽最近的恒星是比鄰星（Proxima Centauri），位于半人馬座（Centaurus），距離太陽約4.2光年，直徑約為太陽的1/7，地球上肉眼不可見?！?br>
　　

　　1光年

　　在這里，我們看到中心有一顆比其他恒星都亮的星，只是因?yàn)樗x我們近得多。那就是太陽。晝與夜，冷冷的星空與賜予我們生命的溫暖，都源于我們的行星坐落于一顆中等的恒星附近。一旦我們離開太陽遠(yuǎn)一點(diǎn)，就會(huì)認(rèn)識(shí)到它只是一顆普通的恒星，那些遙遠(yuǎn)的恒星在某種意義上都是太陽。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1光年，即10萬億公里，10的16次方米?！?br>
　　

　　1萬億公里

　　在和上一張相比更黯淡的恒星背景下，只有太陽可以看見。曾經(jīng)我們以為太陽系的邊界就是這樣的。我們現(xiàn)在知道這里有一大群由冰組成的彗星在緩慢地圍繞太陽運(yùn)行，不過由于陽光太微弱我們看不見。我們只是在年復(fù)一年的等待中看到幾顆彗星進(jìn)入地球附近的更亮一些的區(qū)域。在那里我們瞥見它們，象臨時(shí)的行星，太陽的火焰為它們烤出了長長的、微弱的尾巴。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1萬億公里，即10的15次方米?！?br>
　　

　　1千億公里

　　　 太陽所有的行星都在圖中的小框框內(nèi)運(yùn)行。在地球上看行星總是能把它們分辨出來：在滿天的一成不變的程式下，這幾個(gè)永不停歇的游蕩者。從外太空的這里看過去，行星們表現(xiàn)出哥白尼學(xué)說指出的特性：它們沿著同心橢圓軌道（已用彩色線條標(biāo)出）圍繞著太陽運(yùn)動(dòng)。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1千億公里，即10的14次方米。人類的飛行器中，已知的飛行距離最遠(yuǎn)的，是美國的NASA在1977年發(fā)射的旅行者1號(hào)飛船（Voyager 1，其使命就是飛出太陽系，飛向外太空）。發(fā)射近30年后的今天，它離開我們大約有150億公里，大概就在圖中的框框外附近的地方?！?br>
　　

　　100億公里

　　　　外行星的軌道占據(jù)了這張圖片。那嚴(yán)重傾斜的軌道屬于小而怪異的冥王星。另外4條軌道（由外向內(nèi)）分別屬于海王星、天王星、土星、木星，以及它們各自的眾多衛(wèi)星。在木星軌道和太陽之間是沿更小的軌道運(yùn)行的內(nèi)行星。行星在這里都是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的，基本上都在同一平面上（照片不是垂直俯拍下去的）：除了冥王星之外，整個(gè)行星系統(tǒng)就好像一張薄餅?zāi)敲雌健?br>
　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1百億公里，即10的13次方米。著名的哈雷彗星應(yīng)該就在這張圖片中，雖然無法辨別。因?yàn)楣族缧堑倪h(yuǎn)日點(diǎn)距離太陽約50億公里，就在海王星和冥王星之間。另外，哈雷彗星的近日點(diǎn)離太陽僅約5千萬公里，比金星還接近太陽?！?br>
　　

　　10億公里

　　被龐大的木星的軌道所包圍的，是小一些的類地近日行星的軌道（從外向內(nèi)）：火星、地球、金星、水星。還有一大群天體由于太小而且太暗，除了用望遠(yuǎn)鏡就無法觀察到，不過它們也在這里：小行星帶和流星帶讓木星和火星軌道之間的空間變暗了。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為10億公里，即10的12次方米?！?br>
　　

　　1億公里

　　現(xiàn)在我們看到的是內(nèi)太陽系的一部分。這段綠色的弧線是地球在九、十月間的大概6個(gè)星期內(nèi)走過的路程。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1億公里，即10的11次方米?！?br>
　　

　　1000萬公里

　　這一段是地球在十月的4天內(nèi)走過的路程，而月球相對(duì)于地球的軌道也標(biāo)出了。月球一直在那個(gè)小小的橢圓軌道上和地球一起運(yùn)動(dòng)。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1千萬公里，即10的10次方米?！?br>
　　

　　100萬公里

　　　　我們?nèi)祟愃L問的最遠(yuǎn)的地方，就是地球的伴侶：月球——離我們最近的天體鄰居。明亮的月光、還有潮汐，見證著它有多近。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1百萬公里，即10的9次方米。以上都是天文學(xué)研究的領(lǐng)域，以下是航天科學(xué)的主要研究領(lǐng)域?！?br>
　　

　　10萬公里

　　地球的全身照：看上去那么孤獨(dú)、優(yōu)雅、脆弱。我們看到我們的地球是孤懸在太空中的，就象一艘太空飛船，沒有神話中的阿特拉斯或者大海龜馱著它。它平穩(wěn)、迅速地圍繞著太陽運(yùn)動(dòng)，每1小時(shí)就越過這張圖片所顯示的這么一大片空間。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為10萬公里，即10的8次方米。地球自轉(zhuǎn)的速度（赤道附近）是每秒0.5公里，地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的速度是每秒30公里。圍繞地球的各種人造衛(wèi)星中，離地球最遠(yuǎn)的恐怕是所謂“地球同步衛(wèi)星”，它們的軌道半徑約為3萬6千公里，是月球軌道半徑的約1/10?！?br>
　　

　　1萬公里

　　地球的近照：藍(lán)天、白云、深色的海洋、褐色的大地，一個(gè)向東旋轉(zhuǎn)的大球體。地圖繪制者們?yōu)榱私o我們提供這樣一張圖，準(zhǔn)備了3個(gè)世紀(jì)，但是要等到1967年，這一場景才被人類目睹，并隨之深入人心。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1萬公里，即10的7次方米。地球的直徑約1.2萬公里，所以超出了此圖的范圍。從這個(gè)尺度往下是航空科學(xué)、氣象學(xué)、地質(zhì)學(xué)等等的研究領(lǐng)域?！?br>
　　

　　1000公里

　　從低軌道拍攝的這一張照片所示的區(qū)域，展現(xiàn)的是密歇根湖的全貌。大陸冰川孕育出這一大片水域，以及其周圍的淤積平原，是距今最近的一次地質(zhì)事件，發(fā)生在幾萬年前。排列成行、累積成塊的云決定了這一天的天氣。雖然我們俯視著上千萬人的居住地，但出自人手的建筑幾乎看不見。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1千公里，即10的6次方米。低軌道即普通的衛(wèi)星，以及載人航空器飛行的軌道，距地面約200－300公里。而大氣現(xiàn)象主要發(fā)生在對(duì)流層，即距地面不到10公里的一層大氣。從這個(gè)尺度往下，是我們?nèi)粘５母鞣N科學(xué)的主要研究領(lǐng)域，其中最重要的可能是物理學(xué)?！?img doc360img-src='http://image11.360doc.com/DownloadImg/2010/06/0718/3492829_20.jpg' class=restrictImg src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">

　　100公里

　　芝加哥的市中心就坐落在密歇根湖的南端。在這樣的一天里，街上的行人也許會(huì)抬頭看看藍(lán)天，但拍照的飛機(jī)飛得太高，幾乎不可能被發(fā)現(xiàn)。在那么多模糊的街道中，我們可以看見一些格子，那些是一英里見方的芝加哥林蔭大道網(wǎng)絡(luò)。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1百公里，即10的5次方米。芝加哥是美國第三大城市，位于伊利諾斯州，市區(qū)面積約600平方公里，人口約400萬?！?img doc360img-src='http://image11.360doc.com/DownloadImg/2010/06/0718/3492829_21.jpg' class=restrictImg src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">

　　10公里

　　城市的心臟出現(xiàn)在我們眼前，這里是幾百萬人工作和居住的地方。照片所展示的城區(qū)、公園、港口，對(duì)于他們是很熟悉的。被1871年芝加哥大火所燒毀的木制房屋，原先就處于本圖所包括的區(qū)域里。圖中所示的絕大部分細(xì)節(jié)都是后來的建筑物，不過街道和鐵路在大火中幸存了下來，它們也將比大部分私人建筑使用壽命更長。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為10公里，即10的4次方米。1871年10月8日晚開始燃燒的芝加哥大火，是美國歷史上最令人恐怖的災(zāi)難之一。大火整整燃燒了30個(gè)小時(shí)，造成約300人死亡，10萬人無家可歸，全城2/3的房屋被燒毀，最后撲滅這場大火的是一場遲來的大雨?！?br>
　　

　　1千米

　　現(xiàn)在我們看到的可不是地圖上的那些個(gè)符號(hào)。這里是城市里很平常的一副場景：湖邊的快車道、士兵的駐地、一段飛機(jī)跑道、泊船的碼頭以及博物館。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1公里，即1000米。從這個(gè)尺度往下是我們?nèi)粘Ｉ畹某叨??！?img doc360img-src='http://image11.360doc.com/DownloadImg/2010/06/0718/3492829_23.jpg' class=restrictImg src="http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif">

　　100米

　　　公園中的野餐距離喧囂的高速公路和碼頭上的游艇都不太遠(yuǎn)。野餐的人盡可以自得其樂，因?yàn)楦浇鼪]有什么人。如果地球上的所有人全部平均分布到所有陸地上的話，這兩位能分到的大約是本圖所示土地的6倍。而要為他們提供谷物的話，他們只需耕種圖中的草地部分就行了。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為100米?！?br>
　　

　　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(qū)域的邊長約為10米。從這里往下是生物學(xué)的主要研究領(lǐng)域。】

　　

　　1米

　　這就是人類交往、談話、接觸的尺度。一個(gè)男人在10月里的溫暖一天中小睡。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對(duì)象的尺度唯一一次大小相當(dāng)。“人是萬物的尺度”，智者普羅泰戈拉如是寫到。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1米。普羅泰戈拉（Protagoras）是古希臘哲學(xué)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?！?br>
　　

　　1分米

　　現(xiàn)在這個(gè)尺度就有點(diǎn)個(gè)人化了。這是你的手背的照片，有點(diǎn)放大。手，這個(gè)生機(jī)勃勃的結(jié)構(gòu)，在大腦和眼睛的指導(dǎo)下，時(shí)不時(shí)還得到人體其他部分的幫助，創(chuàng)造了我們在這個(gè)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(qū)域的邊長約為1分米，即1/10米。從這個(gè)尺度開始，生物學(xué)（包括醫(yī)學(xué)）是最重要的科學(xué)?！?br>
　　

　　1厘米

　　如同透過一個(gè)大號(hào)的放大鏡，我們來對(duì)皮膚做一次細(xì)致觀察。這些褶皺既表明皮膚是有彈性的，也說明了為什么會(huì)如此。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1厘米，即1/100米?！?br>
　　

　　1毫米

　　這里，我們進(jìn)入了那些揭開許多自然之迷的顯微鏡使用者們的世界。對(duì)于比這張照片更逼近終點(diǎn)的后面每張照片來說，我們向著內(nèi)部的旅程已走過了9/10。我們的終點(diǎn)在這人的皮膚之下，是在一根毛細(xì)血管中流通的細(xì)胞內(nèi)部。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1毫米，即1/1000米?！?br>
　　

　　100微米

　　出人意料的細(xì)節(jié)出現(xiàn)了，我們幾乎認(rèn)不出來了。在那更深的地方，我們將進(jìn)入一個(gè)人體內(nèi)部的世界，我們對(duì)于它和對(duì)遙遠(yuǎn)的恒星一樣陌生。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為100微米（micron，μm），即10-4次方米?！?br>
　　

　　10微米

　　穿過表皮，我們進(jìn)入了一根有血液進(jìn)出的毛細(xì)血管。大多數(shù)血紅細(xì)胞都是小小的、不完整的、短命的餅狀結(jié)構(gòu)，血液的顏色其實(shí)是它們的顏色。這個(gè)白色的細(xì)胞叫淋巴細(xì)胞，它的壽命較長，而且是免疫系統(tǒng)——抵御細(xì)菌感染的一種細(xì)胞及化學(xué)策略——的一份子。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為10微米，即10-5次方米。生物體內(nèi)大多數(shù)細(xì)胞的大小都在10微米上下。當(dāng)然也有例外。人體內(nèi)部個(gè)頭最大的單個(gè)細(xì)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(gè)細(xì)胞是鴕鳥的蛋，直徑是分米量級(jí)的?！?br>
　　

　　１微米

　　　　我們現(xiàn)在位于多褶的淋巴細(xì)胞內(nèi)部，卻發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)表面，這是在細(xì)胞內(nèi)部包裹著細(xì)胞核的一層膜，起保護(hù)作用的。這些微小的孔隙允許里面的物質(zhì)流到外面更大的細(xì)胞內(nèi)部空間。每一個(gè)完整的細(xì)胞都有這樣一個(gè)細(xì)胞核，它發(fā)出的分子指令控制著細(xì)胞的一生。一個(gè)人體內(nèi)的細(xì)胞數(shù)目，比一個(gè)星系內(nèi)的恒星數(shù)目要多一百倍。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1微米，即10-6次方米?！?br>
　　

　　100納米

　　在細(xì)胞核內(nèi)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(xì)胞核內(nèi)狹窄的空間內(nèi)巧妙地絞纏、折疊在一起。每次細(xì)胞分裂時(shí)這些至關(guān)重要的指令都會(huì)被精確地復(fù)制。人體中每個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)都有46個(gè)（23對(duì)）染色體，每個(gè)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分子鏈將有幾厘米長。

　　【此圖所示區(qū)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?！?br>
　　

　　10納米

　　　　仔細(xì)看DNA卷，我們看到的是扭曲的、長長的分子梯，即雙螺旋結(jié)構(gòu)。各個(gè)器官的特性都儲(chǔ)存在不同位置的連續(xù)分子段中。那些化學(xué)信息是用4個(gè)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(nèi)的細(xì)胞里被復(fù)述的故事，彼此又不完全相同。分子梯的雙鏈在細(xì)胞復(fù)制時(shí)分開，作為復(fù)制全新的分子梯時(shí)的模板。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為100埃，即10-8次方米。DNA內(nèi)的生命信息是用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(duì)規(guī)則是A－T，G－C。在指導(dǎo)細(xì)胞的活動(dòng)時(shí)，DNA先將需要表達(dá)的信息轉(zhuǎn)給一種“信使RNA”，而“信使RNA”上每3個(gè)核苷酸代表一種蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)共有20種，而4種核苷酸，3個(gè)一起就有43，共64種可能性，足以代表所有種類的蛋白質(zhì)?！?br>
　　

　　1納米

　　這些“磚塊”是分子“印刷版”，書寫基因信息的字母。那卷帙浩繁的信息就是由它們之間的特定順序來決定的。這些形式是化學(xué)結(jié)構(gòu)，普通的、穩(wěn)定的原子，它們對(duì)于生命現(xiàn)象一無所知。中間的那個(gè)是碳原子，和它相連的是旁邊的3個(gè)氫原子（底下還有1個(gè)，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云中也能找到。

　　【此圖所示區(qū)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(yīng)該是一個(gè)甲基，即－CH3，有機(jī)化學(xué)中最常見的分子團(tuán)之一。從這里往下，是化學(xué)的主要研究領(lǐng)域?！?br>
　　

　　100皮米

　　原子尺度上的量子定律所描述的電子運(yùn)動(dòng)，和日常經(jīng)驗(yàn)中運(yùn)動(dòng)的粒子相比，要更為精細(xì)，也更不連續(xù)。相應(yīng)來說，圖中所示的那些點(diǎn)并不代表單個(gè)的電子；實(shí)際上，那表示的是電子云：電子在進(jìn)行對(duì)稱的，然而不可追蹤的量子運(yùn)動(dòng)時(shí)留下的痕跡。靠外面的電子云是由結(jié)合在一起的原子共享的。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1埃，即10-10次方米。很明顯這不是真實(shí)的照片，因?yàn)殡娮釉剖桥牟坏降??！?br>
　　

　　10皮米

　　現(xiàn)在我們和碳原子最內(nèi)層的2個(gè)電子在一起。它們的運(yùn)動(dòng)留下了球形電子云。外面的4個(gè)電子時(shí)來時(shí)去，要看這個(gè)碳原子是在火焰中，是在鉆石中，還是是在DNA中而定。但里面的這2個(gè)電子對(duì)于一般的外在影響無動(dòng)于衷，它們只聽命于內(nèi)部的原子核。

　　【此圖所示區(qū)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(jí)理論指出碳的6個(gè)核外電子是分層排布的。2個(gè)在里面，4個(gè)在外面。碳的主要化學(xué)反應(yīng)都是外面的4個(gè)電子和其他原子相互作用的結(jié)果?！?br>
　　

　　1皮米

　　原子緊密的核開始出現(xiàn)了。原子間的力量平衡就是由原子核決定的，它的強(qiáng)烈電磁吸引力還影響著電子的運(yùn)動(dòng)。要拉住6個(gè)帶負(fù)電的電子，核里面就需要不多不少6個(gè)帶正點(diǎn)的質(zhì)子。6這個(gè)數(shù)字（即原子序數(shù)）決定了這是碳元素。我們現(xiàn)在已經(jīng)知道百來種彼此不同的象這樣微小的質(zhì)子團(tuán)，就是說元素。分子的種類就多了去了，它們決定著這個(gè)物質(zhì)的宇宙。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1皮米，即10-12次方米。從這里往下是原子物理、核物理的主要研究領(lǐng)域。碳的同位素共3種：碳12、碳13、碳14。其中碳14會(huì)穩(wěn)定地衰變成氮14，半衰期約5700年，可以用來測定文物的年代?！?br>
　　

　　100飛米

　　我們能清楚地看到這個(gè)渺小然而結(jié)實(shí)的核，這一個(gè)碳原子的原子核。其緊密的組成部分正在做劇烈的量子運(yùn)動(dòng)，然而這里的運(yùn)動(dòng)受到了嚴(yán)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(qiáng)相互作用”）強(qiáng)度大得可怕，然而作用的距離卻很短。6個(gè)中子和6個(gè)質(zhì)子好像緊貼在一起了。由于有12個(gè)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(biāo)準(zhǔn)。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為100飛米（femtometer，fm，合10-15米），即10-13次方米。“強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度上，如果以強(qiáng)相互作用的強(qiáng)度為1，則電磁力的強(qiáng)度為1/10，弱相互作用的強(qiáng)度為10-4，萬有引力的強(qiáng)度為10-37。如何將這4種基本相互作用統(tǒng)一到一個(gè)理論（即所謂“統(tǒng)一場理論”）里，是現(xiàn)代物理學(xué)的前沿課題之一。】

　　

　　10飛米

　　永不停止運(yùn)動(dòng)但又十分穩(wěn)定的碳12原子核的一張快照。中子和質(zhì)子結(jié)合的方式在全宇宙都是通用的。單個(gè)的質(zhì)子存在于自然界的氫中。單個(gè)的中子可以在鈾裂變時(shí)的劇烈原子反應(yīng)中被釋放出來。對(duì)這些獨(dú)立的核子的研究揭示了它們和化學(xué)相似的另一面：在以足夠高的能量運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們?nèi)绻嘧矊a(chǎn)生一些新的粒子，通常是極不穩(wěn)定的粒子。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為10飛米，即10-14次方米。這里提到的各種高能粒子相互間的碰撞，其實(shí)就是高能粒子對(duì)撞機(jī)的工作原理。核物理的很多重要發(fā)現(xiàn)都是在對(duì)撞機(jī)上實(shí)現(xiàn)的?！?br>
　　

　　1飛米

　　即使質(zhì)子也有內(nèi)部結(jié)構(gòu)：對(duì)稱、移動(dòng)迅速、仍然不可追蹤。在這里“強(qiáng)相互作用”依然在更短的距離上起作用。這讓那些快速運(yùn)動(dòng)的夸克彼此間產(chǎn)生了強(qiáng)烈的相互影響。這些有顏色的點(diǎn)并不是光，而是一些抽象的物理符號(hào)，對(duì)于它們的意義我們現(xiàn)在才剛剛開始了解。

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為1飛米，即10-15次方米?，F(xiàn)在已知的夸克有6種：上夸克、下夸克、魅夸克、奇夸克、頂夸克、底夸克。最后一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的是頂夸克（1994年）。理論上夸克被賦予了“色”的特性，并不是說夸克有顏色，只是用“色”來表示它們的某種物理特性而已?？淇说?#8220;色”有3種：紅、綠、藍(lán)。】

　　

　　0.1飛米

　　當(dāng)我們進(jìn)入到下一個(gè)層次之后，我們將看到什么？我們將認(rèn)識(shí)到什么？

　　【此圖所示區(qū)域的邊長約為0.1飛米，即10-16次方米?！?br>