《宇宙的尺度》

《宇宙的尺度》

关于作者

大卫·布拉特纳,曾经写过10多本各种各样主题的书,涉及的领域包括数字成像、航空、科学等等。他特别擅长把一个技术层面、或者一个科学方面的问题用通俗易懂的方式写出来。他的科普书籍在全球已经被翻译成10多种语言,销量超过百万册。

关于本书

在这本书里,大卫·布拉特纳从数字、尺寸、温度、时间和声音等多个维度,为我们展示了宇宙不为人知的真正尺度。人类由于长久的进化,很难理解超出自己生活环境的尺度,所以在认识宇宙的时候,经常会出现理解上的障碍。布拉特纳在这本书里,用了大量精确的数据和形象的例子,去帮助人们认识宇宙的尺度到底是什么样的。

核心内容

本书的思想核心是:宇宙的真正尺度极为浩瀚,超过绝大多数人的想象范围,这就导致人们往往对宇宙不够了解。布拉特纳认为,通过介绍数字、尺寸、温度、时间和声音这几个维度的宇宙尺度,能够帮助人们认识自己生活的宇宙。

一、尺寸维度的宇宙尺度

说到什么东西有多大尺寸,我们就不能不提到数字。人类其实有一种本能,那就是比较擅长处理小数字。比如你看到五个苹果,不用一个一个去数,就能轻松知道苹果的数量是五。无论你觉得自己对数字敏不敏感,这个本能都在你的身体里。但是一旦数字变大,事情就变得完全不一样了。比如当物体的数量超过六或者七时,你就不能再只靠感觉,必须数一数才行。

而当数字更大一些,你对数字的感知和理解能力就越弱一些。而描述宇宙尺寸常常用到的“千万”,“十亿,“万亿”这些词,由于远离我们的日常生活,就导致宇宙的存在超过人们的一般理解。

宇宙到底有多大呢?如果你在纸上画上一个句号,把这个句号当成地球,那么太阳的尺寸就相当于小孩子的拳头。人类已知的、宇宙中最大的恒星是大犬座 VY 星,如果把太阳想象成一个直径4.5米的圆球,那么大犬座 VY 就是珠穆朗玛峰。宇宙的最快速度是光速,光每秒行进的距离可以绕地球七圈半,即使是这么快的速度,一束光要想横穿银河系,也需要十万年的时间。而宇宙里,像银河系这样的星系,可能最多有一万亿个。

二、温度维度的宇宙尺度

人类对温度的认知范围,大多只局限于我们生活环境里的常见温度,而宇宙里的温度跨度,远比我们熟悉的温度跨度大得多。

先来看低温,零度对于人来说就已经很冷了,而地球上自然环境中已知的最低温,达到了零下89摄氏度。在零下180摄氏度左右的时候,空气中的氮和氧就会变成液体。宇宙里已经测得的最低温度达到了零下270摄氏度,而零下273摄氏度就是绝对零度,这个温度是物理学中的最低温度,只能无限接近却不能真正达到。

低温的另一端是高温。任何物体在温度达到500多摄氏度的时候,都会开始发出微弱的红光。太阳的颜色是明亮的橙色,是因为它表面的温度为5500摄氏度,在这个温度下,所有物体都会呈现出橙色。核裂变的温度可以达到几百万摄氏度,而太空中有些恒星的表面温度,可以达到20亿摄氏度。人类目前在实验室里制造出的最高温是4万亿摄氏度,但这离科学家计算出来的物理学高温的极限还差得很多,这个极限是1.4×10^(32)摄氏度,被称作普朗克温度。

三、时间维度的宇宙尺度

要想理解时间,你必须抛弃头脑里长和短的概念,因为时间的长短都是相对的。对于有些微小的物理学粒子来说,百万分之一秒就已经很长了,而对于宇宙来说,一百万年也只不过是一瞬而已。

人的一生最多也不过一百多年,而地球的年龄到现在已经有45亿年,如果你把一根绳子上的一毫米看成一年,那么为了展示地球的年龄,你需要的绳子可以从旧金山延伸到纽约。

宇宙至今已经有大约137亿岁了,如果把宇宙的整个历史压缩到人类的一年里,宇宙在1月1日诞生,那么银河系在3月才开始成形,太阳和地球直到9月1日才诞生。同样在9月,地球上出现了单细胞生物,11月出现了多细胞生物。恐龙在12月29日灭亡,人类的史前生活,发生在除夕夜的最后一个小时,而我们所有有记载的文明史,都发生在12月31日最后1分钟的最后22秒里。

时间没有最长,但是却有最短。根据科学家推测,宇宙中最小的长度大约是1.6×10^(-35)米,我们把这个长度叫做普朗克长度。由于微观世界的物理规律,任何比普朗克长度还短的东西,都不可能存在。而光走过一个普朗克长度的时间,就是宇宙里的最短时间,我们把它叫做普朗克时间,大约是5×10^(-44)秒,没有比这个更短的时间了。

四、声音维度的宇宙尺度

声音的速度要比光速慢得多,声音在空气里的传播速度大约是340米每秒,在淡水里的传播速度是大概1500米每秒,在钢铁里的传播速度可以达到大概6000米每秒。不过,声音并不擅长在两种不同的物质里传播,比如在钓鱼的时候,你大声说话也不会把水里的鱼吓跑,因为鱼很难听到你的声音。

我们一般用分贝来衡量声音的大小,声音每增大10分贝,响度就增大一倍。也就是说,40分贝的声音,响度是30分贝声音大小的两倍。这样一来,其实声音大小的增长速度是很快的。电吹风的声音只有80分贝,而120分贝以上的声音,就足以让你的耳朵产生永久性的听力损伤。

目前人类已知的自然界最响的声音来自喀拉喀托火山的喷发,超过了180分贝。而由于空气的气压原因,在空气里传播还能不失真的声音上限,只有194分贝,超过这个响度,声音就会走音。

金句

1. 哲学家康德曾经说过:“世界上只有两种事物能让他内心常感到震撼,一个是人们头顶的灿烂星空,另一个是人们心中崇高的道德法则。”从这个角度来说,了解宇宙和了解我们人类社会一样,都非常重要。

2. 目前人类已知的最大恒星是大犬座 VY,这颗恒星的直径是太阳直径的2000倍,如果把它看成是珠穆朗玛峰,那么太阳就只是一个直径4.5米的圆球。

3. 实际上,宇宙里包含的星系数量最多可能达到一万亿个,所以很多天文学家相信,就算这些行星里,只有很小的一部分适合生命的诞生,那按概率来说,我们几乎肯定,宇宙里还存在着其他生命。

4. 45亿年前地球诞生,如果你把一根绳子上的一毫米看成一年,那要展示地球的年龄,你需要的绳子,可以从旧金山一直拉到纽约。

5. 美国天文学家卡尔·萨根,曾经提出过非常著名的“宇宙日历”,他把宇宙的整个历史压缩到一年。我们所有有记载的文明史,都发生在12月31日最后1分钟的最后22秒里。

6. 告诉大家一个判断闪电距离的小窍门:雷声和闪电其实是同时出发的,你看到远处的闪电就开始读秒,直到听见雷声再停下来,你数出来的秒数除以3,就是闪电离你的距离,单位是公里。

撰稿:田正赓

脑图:摩西

讲述:孙潇

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