我们的生活如诗般的自由，我们身处的两个世界

我们的生活如诗般的自由，我们身处的两个世界粒子加速器如果想要观察比细菌更小的物体，就只能等电子显微镜的出现了。电子显微镜是在1931年发明的，今天的电子显微镜不仅可以直接观察分子的结构，还可以观察到原子尺度，而一个原子的大小大约是10^-10米，10^14个原子在一起才会有1平方毫米大小。原子核外部充满了电子云，但电子云的质量只占原子质量的1/2000。电子显微镜的发明真正开启了人类观察微观世界的时代，而科学家们为了更了解微观世界，又研制出了另一类仪器——粒子加速器。实验室显微镜世界上第一台显微镜是位名叫安东·范·列文虎克的荷兰人发明的。其实他只是一个普普通通的服装销售员，摆弄各种透镜只是他的业余爱好。他制作出了当时最先进的，能放大200倍的仪器。在1683年的一天，他用自己制作的仪器观察雨滴的时候，发现了他从没见过的微小生物。在随后的日子里，他又陆续发现了很多不同的微小生物，并把它们做了详细的记录。当时的人们认为世界上最小的生物

在过去的一百多年时间里，人类对于我们生活的世界，在宏观尺度和微观尺度上的认识都有了质得飞跃。在这两方面都取得了巨大的进步，在宏观尺度上，我们通过自己研制的设备来探索宇宙的边缘；在微观尺度上，我们不断打破自己的认知极限，更新对微观世界的最小尺度。

现在我们已经认知的最小尺度到最大尺度，所跨越的范围是难以想象的巨大。从原子核中的质子与中子到宇宙中亿万个巨大星系，从尺度上看，我们生活的世界尺度正好位于微观与宏观中间的位置。

宇宙演化过程中的尺度

我们发现了微小的世界

人眼所能观察物体的最小尺度不能小于视网膜感光细胞之间的距离，所以肉眼能够清晰观察的最小尺度稍小于0.01毫米，大概就是一根头发丝的直径。如果我们想要观察更小的物体，只能借助于放大镜或者显微镜等工具了。

实验室显微镜

世界上第一台显微镜是位名叫安东·范·列文虎克的荷兰人发明的。其实他只是一个普普通通的服装销售员，摆弄各种透镜只是他的业余爱好。他制作出了当时最先进的，能放大200倍的仪器。在1683年的一天，他用自己制作的仪器观察雨滴的时候，发现了他从没见过的微小生物。在随后的日子里，他又陆续发现了很多不同的微小生物，并把它们做了详细的记录。当时的人们认为世界上最小的生物就是奶酪里的小虫子，所以科学界对他的发现十分怀疑。现在我们可以确认他是世界上第一个发现细菌的人。细菌大概的尺寸约为1微米，也就是一米的一百万分之一，可以写成0.000001米。

在显微镜下的细菌

探索更微观的尺度

如果想要观察比细菌更小的物体，就只能等电子显微镜的出现了。电子显微镜是在1931年发明的，今天的电子显微镜不仅可以直接观察分子的结构，还可以观察到原子尺度，而一个原子的大小大约是10^-10米，10^14个原子在一起才会有1平方毫米大小。原子核外部充满了电子云，但电子云的质量只占原子质量的1/2000。电子显微镜的发明真正开启了人类观察微观世界的时代，而科学家们为了更了解微观世界，又研制出了另一类仪器——粒子加速器。

粒子加速器

大约100年前，人们一致认为原子核是由质子和中子组成的，而这就是组成物质的最基本粒子，不会再有什么突破了。但是通过对外太空投射来的宇宙射线研究，揭示了质子和中子是由更小的粒子组成的，它就是夸克。

夸克在尺度上小于10^-18米，现在我们还不能够确认这是物质组成的最小单位。近些年来有一种新理论认为，粒子不是点，而是长度只有10^-23米的小弦。这样小的距离与宇宙在大爆炸之后在远小于第一秒钟时形成的物质的尺度差不多，所以研究这种结构对于了解宇宙大爆炸的奥秘起到了关键作用。

弦理论中的小弦

我们的宇宙如此之大

在我们的天空中有着数不清的星星，相信很多人小时候都曾仰望星空，一个一个的数，想把夜空中的星星全部数一遍。在天气晴朗，条件很好的情况下，我们的肉眼也只能看见大约3000颗星体，而这个数量连宇宙的九牛一毛都算不上，光我们银河系就包括2000左右亿颗星体，而整个宇宙至少有1000亿个类似银河系大的星系。

因为宇宙的广度如此之大，用我们平常使用的度量单位来表达是件麻烦的事情。所以天文学家们都用“光年”来度量长度，一光年就是光在真空中传播一年的距离，即9.5*10^15米。

蓝色星体发出的光

因为我们观察到的光有很多都是经过了漫长的旅程才到达地球的，所以我们看到的星光有些是很久很久以前发出来的。我们对它们的研究，就好像穿越时空了一样回到了过去。现在的很多强大望远镜能够探测到距离我们100亿光年以外的星体，它们非常明亮，被科学家称为“类星体”，研究它们对理解宇宙的诞生有很大的帮助。

神奇的是，不管我们是研究宏观尺度上的“类星体”，还是研究微观尺度上的夸克，似乎都能够揭示宇宙的奥秘。

对光的认识

光是研究这两个世界的重要手段之一。光的波段跨度很大，我们平时见到的可见光只是其中的一小段而已，各波段的光除了对观测宇宙有重要作用外，在我们的日常生活中也有广泛的应用。

• 无线电波，即米波和更长的短波、中波、长波，用于电视、收音机等。
• 微波，波长在厘米、毫米波段，用于通信、测距、加热等。
• 红外线，用于医疗、夜视等。
• 可见光波段。
• 紫外线，用于消毒，科研应用
• X射线与γ射线，用于医疗CT、科学研究等

光谱图

探索未来

我们生活的宇宙从宏观和微观两个层面上看都是无限的，当今人类对宇宙认识的尺度范围在10^-21~10^27米。人类对宇宙的探索是永无止境的，通过学习和掌握的自然规律和总结的知识，才创造出了现在的文明世界。虽然在大尺度上我们已经探索到了200亿光年外的世界，在小尺度上观测范围已经达到了千万亿亿分之一厘米，可是我们依然时常感到无知，人类前进的步伐永远不会停止，探索将永无止境！