大数字和多尺度

每个人都是由10²⁸～10²⁹个原子组成的。从数量上来说，这个“人体尺度”处于原子质量和恒星质量之间。大约与太阳的质量相当，而太阳只不过是银河系中一颗普通的恒星，银河系中约有1 000亿颗恒星。当前可见宇宙中存在的星系数量至少与银河系中的恒星一样多。自然界中有超过10⁷⁸个原子位于望远镜可观测的范围内。

生物由一层又一层的复杂结构组成。原子结合形成复杂的分子，分子又通过每个细胞中的复杂途径发生各种反应，间接形成相互联系的整体结构，最终形成树木、昆虫以及人类。人类介于宇宙和微观世界之间，大小介于直径十亿米的太阳和直径十亿分之一米的分子之间。事实上，自然界在这个中间尺度上达到最复杂的程度并非偶然。无论位于哪一颗适宜居住的星球上，任何一个超出这个尺度的生物都很容易被破坏或者被引力压碎。

我们总是认为，人类是由微观世界塑造的，因为我们很容易受到长度只有百万分之一米的病毒的攻击，而且微小的DNA双螺旋编码了我们全部的遗传基因。同样，我们也明白自己依赖于太阳及其能量。那么在更大的尺度上，情况又是怎样的呢？即使离我们最近的恒星也要比太阳远几百万倍，而可见宇宙的范围比这个距离还要远10亿倍。为什么太阳系之外还有这么大的空间呢？在本书中，我将会阐述我们与恒星之间的几种联系，从而证明，如果没有宇宙这个大背景，我们就无法理解自己的起源。

亚原子世界的“内部空间”和宇宙的“外层空间”之间的联系非常密切，我们可以通过图1-1中所绘的奥拉波鲁斯环（ouraborus）来了解。据《大英百科全书》记载，奥拉波鲁斯是古埃及和希腊的一种具有象征意义的蛇，它将尾巴咬在嘴中，象征不断地吞噬和重生……它表示的是万物的统一性，包括物质和精神，它们会在一个永恒的破坏和再创造的循环中不断地改变形式，永远不会消失。

图1-1　奥拉波鲁斯环

此图主要用于说明粒子、原子核和原子构成的微观世界（左边）与宏观世界的宇宙（右边）之间的相互联系

图1-1左边代表的是原子和亚原子粒子，也就是所谓的“量子世界”；右边代表的是行星、恒星和星系。本书将着重介绍左边的微观世界和右边的宏观世界之间的一些重要联系。原子及其结合成分子、矿物质和生命细胞的方式决定了我们的现实世界。恒星的发光形式取决于其原子中的原子核，不同星系可以被一大群核内粒子的引力聚集到一起。奥拉波鲁斯环顶部那“饕餮”的蛇头象征着令人匪夷所思的终极结合——宇宙和量子之间的终极结合。

奥拉波鲁斯环中标出的尺度横跨了10⁶⁰，这个如此巨大的空间是一个充满“生机”的宇宙存在的先决条件。首先，一个空间不够大的宇宙永远不可能演化出复杂的结构层次：它将是缺乏生机的，也不适合居住。其次，一个“有生机”的宇宙还必须具备很长的时间跨度。虽然原子中的有些反应过程只需要十亿分之一秒就能完成，原子核内的反应速度甚至更快，但使胚胎转化为血肉之躯是一个非常复杂的过程，其中包含一系列细胞分裂和相伴而生的分化，而每一个过程都涉及成千上万次分子的复杂重组和复制。而且，只要我们还在进食和呼吸，这些过程就不会停止。事实上，我们的生命只是人类进化过程中的一个世代，而这个世代也只是整个生命总体进化过程中的一个阶段。

宇宙演化过程中呈现出的巨大的时间跨度为我们思考“为什么宇宙如此之大”提供了一个新的视角。在地球上，从生命诞生到进化出人类用了45亿年；在太阳及其行星形成之前，早期的恒星已经将原始的氢转化成了碳、氧和元素周期表上的其他原子，这个过程花费了大约100亿年；当前可见宇宙的大小大约是自“大爆炸”以来光走过的距离，直径在100亿光年左右。

这是一个惊人的结论。初看之下，宇宙的巨大尺度使人类在宇宙体系中显得微不足道，但实际上，这个因素正是人类出现的必要条件。不过，这并不意味着不可能存在一个更小的宇宙，只是说人类不可能存在于这个更小的宇宙中。宇宙中广阔的空间并非是多余的，而是在太阳系形成和人类出现之前，一系列事件漫长、持续发展的结果。

这看上去似乎又倒退回了古代的“人类中心论”，这一观念早被哥白尼的“日心说”推翻了。不过，我们不应该过分强调哥白尼式的“谦虚”。像人类这样的生物需要特殊的条件才能进化出来，因此在某种意义上，我们的观点肯定是不合常规的。宇宙的浩瀚不应该使我们感到惊讶，我们仍然需要对其特征进行更深层次的探究。