通过变焦镜头观察宇宙

我们从在几米外为一对男女拍摄的普通照片开始，然后依次拉大距离拍摄相同的场景，每一次拍摄的距离比前一次扩大10倍。第二个镜头显示他们躺在一块草地上；第三个镜头显示他们在一个公园里；第四个镜头显示他们在一些高层建筑之间；接下来是整个城市，再往远处就是一段地平线，从这么高的地方往下看，地平线明显是弯曲的。再过两个镜头，我们就看到了20世纪60年代以来人们熟知的震撼画面：整个地球——大陆、海洋和云层，还有生物圈，看上去就像一个精致的玻璃球，与月球荒芜的地貌形成鲜明对比。

再跳过三个镜头我们就仿佛置身于太阳系，从这张照片可以看出，相比于水星和金星，地球的公转轨道距离更远；下一个镜头将会显示出整个太阳系；往下四个镜头（相当于在几光年之外取景），太阳看起来就是众恒星中的一员，并无特殊之处；再往下三个镜头，我们就能在银河系的扁平圆盘上看到数十亿颗类似的恒星，它们分布在几万光年的范围内；再过三个镜头，银河系看起来就像一个旋涡星系，与仙女星系一样。从更远的地方看，这两个星系又变成了室女星系团外围的数百个星系中的两个。再往下一个镜头，室女星系团本身也变得普通，不过是一个微不足道的星系团。即使我们设想的长焦镜头有哈勃太空望远镜那样的高分辨率，在最后一个镜头中，整个星系也会变成几十亿光年远的一块难以辨认的光斑。

变焦摄影到此结束，我们的视野不再向前延伸了。以几米远的人为拍摄起点，我们需要变焦25次，每一次变焦的距离都扩大10倍，才能达到当前可见宇宙的视界极限。

在同样的情境下，现在我们把镜头朝内推而不是向外拉。在距离拍摄对象不到一米远的地方，我们会看到一只手臂；在用肉眼所能看到的最近处——大约是几厘米远的地方，我们看到了一小块皮肤。下一个镜头将带我们进入精巧的人体组织内部，然后进入单个细胞（我们体内的细胞数量比银河系中恒星的数量多100倍）。接着，在高倍显微镜的极限分辨率下，我们将会看到单个分子的结构：复杂的蛋白质长链和DNA的双螺旋结构。

接下来的拍摄将聚焦在单个原子上。此时，量子的不确定性开始发挥作用：图像的清晰度将受到限制。现实中没有一台显微镜可以探测到原子内部，在那里，有一群电子围绕着带正电荷的原子核运动。不过，我们可以通过研究加速到接近光速的粒子撞击原子时发生的情况，来探测大小是原子核1/100的子结构。这是人类可以直接测量到的最精细的结构。然而，我们怀疑自然界中最基本的结构可能是“超弦”或者“量子泡沫”形式的，它们的体积非常小，小到我们需要再向内变焦17次才能显示出来。

望远镜可以观测到的最远距离比超弦大60个变焦镜头：在我们描绘宇宙的“变焦镜头”中，应该有60幅画面（其中43幅位于我们目前能够观测的范围）。在这些画面中，我们一般能够看到的最多只有9幅画面——从眼睛可以看到的最小事物（约1毫米）到一次洲际飞行跨越的距离。这揭示了一些重要且被我们认为理所当然的事实：宇宙包含了各种各样的尺度，具有各种各样的结构，相比于我们日常感知到的，它既可谓无穷大，也可谓无穷小。