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尺度旅行:从微观、介观到宏观、宇观

2018-02-01 热度: 10444 作者:小智雅汇
尺度,英文是scale,有时间的尺度、空间的尺度、能量的尺度,是认识世界的基本度量。 1 时间的尺度 大约138亿年前,经过所谓的“大爆炸(Big Bang)”之后,宇宙的物质、能量、时间和空间才成了现在的样子。宇宙的这些基本特性,就成了“物理学”。 在这之后过了大约30万年,物质和能量开始形成复杂的结构,称为“原子”,再进一步构成“分子”。至于这些原子和分子的故事以及它们如何互动,就成了“化学”。 大约38亿年前,在这叫做地球的行星上,有些分子结合起来,形成一种特别庞大而精细的结构,称为“有机体”。有机体的故事,就成了“生物学”。 到了大约7万年前,东非一些属于“智人”(Homo sapiens)这一物种的生物,开始迁徙到中东,东亚,每到达一个地点,当地原生人类族群久很快会灭绝。智人开始创造出更复杂的架构,称为“文化”。而这些人类文化继续发展,就成了“历史学”。 2 空间的尺度 对于极小尺度的物质构成,从原子到质子,到直径约10^(-19)m的夸克,是目前人类能够观测到的最小尺度。 对于极大尺度,我们的宇宙诞生于135亿年前的大爆炸,考虑到宇宙的加速膨胀,宇宙的直径是135亿光年的若干倍数,达10^(27)m。 空间尺度的跨度达10^(46)的数量级,如下图所示:
遥不可及的1光年尺度: 常见的客机时速大约是每小时885千米,这样飞越1光年则需要1,220,330年。 世界上最快的飞机可以达到每小时11260千米(2004年11月16日,美国航空航天局(NASA)的飞机最高速度纪录是11260千米/小时)。依照这样的速度,飞越1光年的距离需要用95848年。 目前人造的最快物体是1970年代联邦德国和美国NASA联合建造并发射的太阳神2号探测器,最高速度为每秒70.22千米(即每小时252792千米),这样的速度飞越1光年大约需要4000年。
把宇宙按照不同尺度分割为各个可以理解的部分,确定与特定研究相关的尺寸和能量的范围。 3 能量尺度 研究极小尺度的粒子,观测更小的尺度,需要更小的波长。波长越短,则频率越高,需要的能量就越高。所以粒子物理也称为高能物理。粒子加速器(探测器)就是目前物理研究最昂贵的实验设备。
标签: 尺度 宏观
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