第一章　宇宙的诞生与命运

宇宙的诞生

宇宙的尺度

天体物理学包含了宇宙中应有的所有可想象的尺度。其中的一些尺度与我们最为熟知的那些（从微米到数千千米）尺度看起来大不相同。在这一极限范围之外，就更需要使用我们的想象力。宇宙在这些不同的尺度上看起来有很大的不同，但是物理定律对它们都适用。

在现代科学所能达到的最小尺度——约10-16米——上，物质由名为夸克的基础粒子构成。它们3个一组，形成基本粒子——质子和中子。原子的大部分质量都集中在它的原子核内，原子核直径为10-13米。事实上原子的所有体积都由电子占据，它们存在于原子核周围，位于通常被称为电子云的区域中。电子云的直径大约是原子核的1000倍，或者说10-10米。

在人类的尺度上缺乏亚原子尺度上的量子现象以及大尺度上的相对性效应。我们能够透过放大镜观察并且未意识到量子相互作用导致光子从物体上反射，到达我们的眼睛，让我们能够在更大尺度上看到一个较小的物体。在更大的尺度上，我们以十、百乃至千米为单位测量，这些或许能够很方便地以指数表达出来：地球的直径是107米，地球和太阳之间的距离是1.49亿千米，或者说是一个天文单位（AU）。同样作为太阳系中的一部分的水星——距离太阳最近的行星——到地球的平均距离为0.39AU；地球到达最遥远的冥王星（现已被降级）的平均距离为39.44AU。

当千米数或是天文单位数超出了人类所能理解的范围，天文学家就以光年为单位测量。1光年相当于95万亿千米（或63240AU）。太阳系的外部区域被称为奥特星云，可能延伸了到半人马座比邻星——距离我们最近的恒星——4.3光年之外的距离的1/4。以10千米/秒行进的火箭将需要10万年才能到达这颗“邻近”的恒星太阳系存在于银河系——一个包含了超过1000亿颗恒星、直径延伸了8万光年到10万光年的巨大系统——中的一条旋臂上，太阳距离银河系中心大约2.8万光年。夜空中每颗可见的恒星都位于银河系中。

→宇宙的尺度是以米表示的。在亚原子尺度上，夸克（1）直径为10-16米；原子核（2）直径为10-13米；原子（3）直径为10-10米。人类的尺度（4）介于1到10米之间；地球（5）直径为107米；太阳系（6）直径为1013米；而距离地球最近的恒星（7）直径为1017米。银河系（8）的尺度为1021米，它是尺度为1023米的本星系群（9）中的一部分。本超星系团（10）尺度为1024米，而可观测的宇宙（11）超出了1026。

银河系是名为本星系群的星系团中的一部分，其半径大约为250万光年。它在本星系群中的最近邻居位于16万光年以外。位于230万光年以外的仙女座星系是在良好条件下通过裸眼能够观察到的最远的天体。本星系群属于本超星系团，本超星系团半径为5000万光年。

↑可见的宇宙是由其年龄定义的：宇宙大约有150亿岁，而我们也不可能看到超过150亿光年以外的物体。在这一限度内能够探测到极大量的星系，一些天文学家相信在我们永远不能达到的地方存在着相同数量的星系。