大數字和多尺度

每個人都是由10²⁸～10²⁹個原子組成的。從數量上來說，這個“人體尺度”處于原子質量和恒星質量之間。大約與太陽的質量相當，而太陽只不過是銀河系中一顆普通的恒星，銀河系中約有1 000億顆恒星。當前可見宇宙中存在的星系數量至少與銀河系中的恒星一樣多。自然界中有超過10⁷⁸個原子位于望遠鏡可觀測的范圍內。

生物由一層又一層的復雜結構組成。原子結合形成復雜的分子，分子又通過每個細胞中的復雜途徑發生各種反應，間接形成相互聯系的整體結構，最終形成樹木、昆蟲以及人類。人類介于宇宙和微觀世界之間，大小介于直徑十億米的太陽和直徑十億分之一米的分子之間。事實上，自然界在這個中間尺度上達到最復雜的程度并非偶然。無論位于哪一顆適宜居住的星球上，任何一個超出這個尺度的生物都很容易被破壞或者被引力壓碎。

我們總是認為，人類是由微觀世界塑造的，因為我們很容易受到長度只有百萬分之一米的病毒的攻擊，而且微小的DNA雙螺旋編碼了我們全部的遺傳基因。同樣，我們也明白自己依賴于太陽及其能量。那么在更大的尺度上，情況又是怎樣的呢？即使離我們最近的恒星也要比太陽遠幾百萬倍，而可見宇宙的范圍比這個距離還要遠10億倍。為什么太陽系之外還有這么大的空間呢？在本書中，我將會闡述我們與恒星之間的幾種聯系，從而證明，如果沒有宇宙這個大背景，我們就無法理解自己的起源。

亞原子世界的“內部空間”和宇宙的“外層空間”之間的聯系非常密切，我們可以通過圖1-1中所繪的奧拉波魯斯環（ouraborus）來了解。據《大英百科全書》記載，奧拉波魯斯是古埃及和希臘的一種具有象征意義的蛇，它將尾巴咬在嘴中，象征不斷地吞噬和重生……它表示的是萬物的統一性，包括物質和精神，它們會在一個永恒的破壞和再創造的循環中不斷地改變形式，永遠不會消失。

圖1-1　奧拉波魯斯環

此圖主要用于說明粒子、原子核和原子構成的微觀世界（左邊）與宏觀世界的宇宙（右邊）之間的相互聯系

圖1-1左邊代表的是原子和亞原子粒子，也就是所謂的“量子世界”；右邊代表的是行星、恒星和星系。本書將著重介紹左邊的微觀世界和右邊的宏觀世界之間的一些重要聯系。原子及其結合成分子、礦物質和生命細胞的方式決定了我們的現實世界。恒星的發光形式取決于其原子中的原子核，不同星系可以被一大群核內粒子的引力聚集到一起。奧拉波魯斯環頂部那“饕餮”的蛇頭象征著令人匪夷所思的終極結合——宇宙和量子之間的終極結合。

奧拉波魯斯環中標出的尺度橫跨了10⁶⁰，這個如此巨大的空間是一個充滿“生機”的宇宙存在的先決條件。首先，一個空間不夠大的宇宙永遠不可能演化出復雜的結構層次：它將是缺乏生機的，也不適合居住。其次，一個“有生機”的宇宙還必須具備很長的時間跨度。雖然原子中的有些反應過程只需要十億分之一秒就能完成，原子核內的反應速度甚至更快，但使胚胎轉化為血肉之軀是一個非常復雜的過程，其中包含一系列細胞分裂和相伴而生的分化，而每一個過程都涉及成千上萬次分子的復雜重組和復制。而且，只要我們還在進食和呼吸，這些過程就不會停止。事實上，我們的生命只是人類進化過程中的一個世代，而這個世代也只是整個生命總體進化過程中的一個階段。

宇宙演化過程中呈現出的巨大的時間跨度為我們思考“為什么宇宙如此之大”提供了一個新的視角。在地球上，從生命誕生到進化出人類用了45億年；在太陽及其行星形成之前，早期的恒星已經將原始的氫轉化成了碳、氧和元素周期表上的其他原子，這個過程花費了大約100億年；當前可見宇宙的大小大約是自“大爆炸”以來光走過的距離，直徑在100億光年左右。

這是一個驚人的結論。初看之下，宇宙的巨大尺度使人類在宇宙體系中顯得微不足道，但實際上，這個因素正是人類出現的必要條件。不過，這并不意味著不可能存在一個更小的宇宙，只是說人類不可能存在于這個更小的宇宙中。宇宙中廣闊的空間并非是多余的，而是在太陽系形成和人類出現之前，一系列事件漫長、持續發展的結果。

這看上去似乎又倒退回了古代的“人類中心論”，這一觀念早被哥白尼的“日心說”推翻了。不過，我們不應該過分強調哥白尼式的“謙虛”。像人類這樣的生物需要特殊的條件才能進化出來，因此在某種意義上，我們的觀點肯定是不合常規的。宇宙的浩瀚不應該使我們感到驚訝，我們仍然需要對其特征進行更深層次的探究。