第一章　宇宙的誕生與命運

宇宙的誕生

宇宙的尺度

天體物理學包含了宇宙中應有的所有可想象的尺度。其中的一些尺度與我們最為熟知的那些（從微米到數千千米）尺度看起來大不相同。在這一極限范圍之外，就更需要使用我們的想象力。宇宙在這些不同的尺度上看起來有很大的不同，但是物理定律對它們都適用。

在現代科學所能達到的最小尺度——約10-16米——上，物質由名為夸克的基礎粒子構成。它們3個一組，形成基本粒子——質子和中子。原子的大部分質量都集中在它的原子核內，原子核直徑為10-13米。事實上原子的所有體積都由電子占據，它們存在于原子核周圍，位于通常被稱為電子云的區域中。電子云的直徑大約是原子核的1000倍，或者說10-10米。

在人類的尺度上缺乏亞原子尺度上的量子現象以及大尺度上的相對性效應。我們能夠透過放大鏡觀察并且未意識到量子相互作用導致光子從物體上反射，到達我們的眼睛，讓我們能夠在更大尺度上看到一個較小的物體。在更大的尺度上，我們以十、百乃至千米為單位測量，這些或許能夠很方便地以指數表達出來：地球的直徑是107米，地球和太陽之間的距離是1.49億千米，或者說是一個天文單位（AU）。同樣作為太陽系中的一部分的水星——距離太陽最近的行星——到地球的平均距離為0.39AU；地球到達最遙遠的冥王星（現已被降級）的平均距離為39.44AU。

當千米數或是天文單位數超出了人類所能理解的范圍，天文學家就以光年為單位測量。1光年相當于95萬億千米（或63240AU）。太陽系的外部區域被稱為奧特星云，可能延伸了到半人馬座比鄰星——距離我們最近的恒星——4.3光年之外的距離的1/4。以10千米/秒行進的火箭將需要10萬年才能到達這顆“鄰近”的恒星太陽系存在于銀河系——一個包含了超過1000億顆恒星、直徑延伸了8萬光年到10萬光年的巨大系統——中的一條旋臂上，太陽距離銀河系中心大約2.8萬光年。夜空中每顆可見的恒星都位于銀河系中。

→宇宙的尺度是以米表示的。在亞原子尺度上，夸克（1）直徑為10-16米；原子核（2）直徑為10-13米；原子（3）直徑為10-10米。人類的尺度（4）介于1到10米之間；地球（5）直徑為107米；太陽系（6）直徑為1013米；而距離地球最近的恒星（7）直徑為1017米。銀河系（8）的尺度為1021米，它是尺度為1023米的本星系群（9）中的一部分。本超星系團（10）尺度為1024米，而可觀測的宇宙（11）超出了1026。

銀河系是名為本星系群的星系團中的一部分，其半徑大約為250萬光年。它在本星系群中的最近鄰居位于16萬光年以外。位于230萬光年以外的仙女座星系是在良好條件下通過裸眼能夠觀察到的最遠的天體。本星系群屬于本超星系團，本超星系團半徑為5000萬光年。

↑可見的宇宙是由其年齡定義的：宇宙大約有150億歲，而我們也不可能看到超過150億光年以外的物體。在這一限度內能夠探測到極大量的星系，一些天文學家相信在我們永遠不能達到的地方存在著相同數量的星系。