Caleb Scharf想带你进行一次史诗般的旅行。他的新书,可缩放的宇宙,从可观测宇宙的末端开始,探索其最大的结构,如星系群,一直延伸到普朗克长度不到十亿分之一米的十亿分之一米。这是一个大的和小的惊人的综合。读者在阅读这本书的过程中会看到图片、图表和插图,这些都伴随着沙尔夫清晰的对话散文。这些视觉辅助工具为他指出的现象提供了至关重要的深度和视角,就像一个宇宙旅行指南。你知道吗,他提出,所有银河系的恒星都可以容纳在我们太阳系的体积之内?
哥伦比亚大学天体生物学中心主任沙尔夫是一位很有吸引力的导游。他是2012年这本书的作者引力的引擎:吹泡泡的黑洞如何统治宇宙中的星系、恒星和生命去年,他推测在鹦鹉螺关于外星生命是否可以如此先进以至于与物理学无法区分。
在可缩放的宇宙,沙夫把生物学和物理学中的规模概念放在了中心位置。他写道:“你阅读这本书以及所有已知的现实的旅程的起点,就在已知与未知的边缘。”鹦鹉螺跟他聊起了我们在规模方面的经验,以及为什么他认为这很神秘。(沙夫是鹦鹉螺咨询委员会的成员。)
为什么规模有趣?
规模是迷人的。从科学上讲,这是现实的基本属性。我们甚至不去想它。我们谈论空间和时间——也许我们对时间的本质比尺度或空间的本质更困惑——但它同样神秘。
规模有什么神秘之处?
这是我们都有直接经验的东西,甚至是直觉上的。我们学会评估事物的大小。但我们作为人类在一个非常非常狭窄的领域里运作。我们意识到一个非常狭窄的尺度范围:从某种意义上说,我们对非常大的尺度比我们对非常小的尺度知道得更多。
我们知道原子,但如果你变小,它会变得更不确定,不仅仅是因为内在的不确定性,而且我们的物理学的完整性会变得更差。我们真的不知道这里发生了什么。这就引出了一个普朗克规模的谜团。在大范围内,这是我们可以看到的东西,我们可以绘制图表。
在某种程度上,没有太多的事情发生。这是否暗示了某种潜在的神秘?
我认为这是值得思考的事情。有夸克还有比它小20个数量级的东西你怎么看?这是一种非常小的体验,但在更大的范围内,也有一些这样的体验……星际空间的空虚。无论是大的尺度还是小的尺度,几乎所有的一切都是如此的空虚,这是令人震惊的。
我们在太阳系、地球和我们的生物尺度上都有这些丰富的东西。这是我们获得最多洞察力、积累最多知识的地方。这是一个尺度,在这个尺度上,物质似乎浓缩了下来,在这个尺度上,物质看起来是固态的,而实际上,它的内部同样是空的。但这是人类的文化偏见吗?或者这是在告诉我们一些关于宇宙本质的深刻信息?我真的不知道答案。但是我们的建造方式,我们对世界的思考方式都有一些东西。我们显然不适应这种空虚。
然而我们却被它所吸引。
我们被它吸引住了,就像书中把星星挤在一起的例子一样。把银河系的所有恒星放在一起,然后把它们放进太阳系的体积里?这是令人震惊的。相信我,我计算了几次才得出结论,“哦,哇,好吧,这真的有用。”
你是如何表现我们没有照片的东西的,比如外行星的表面,或者是小尺度的东西?
在写这本书的时候,我们确实讨论了很多。艺术家罗恩·米勒(Ron Miller)将为一颗系外行星绘制一幅风景画。作为一名科学家,我倾向于说,“我们不能那样做——我们不能说它看起来像什么。”所以我们有了这样的对话。我们想要一种见多识广的艺术方法。当我们缩小规模的时候就变得棘手了。我想要避免通常的比喻,即原子是一个球体,或者分子是一个由物体连接的球体。你不能用我们习惯的方式来描绘这些东西。我们试图妥协。我们做了一些人们能认出来的东西,但我们避免了每个人脑子里都粘着的球和棍模型。
Dan Garisto是该公司的编辑实习生鹦鹉螺。
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观察:我们是否含蓄地认为宇宙的其他部分应该看起来像我们自己的一部分?