From 1 billion light-years to 0.1 fermis

從10億光年(10的25次方)到0.1飛米(10的負16次方)∼人類已知的宏觀和微觀世界!

10億光年,是一個什麼概念呢?

光年,光走一年的路程。光速!它是速度公認的極限,每秒299792458米,能在眨眼間繞地球七圈半。

這麼快的光,跑個一年,所度量出來的距離就是一光年了。現在各位把滑鼠移到螢幕的左下角,點開始==>程式集==>附屬應用程式==>小算盤,都來動手算算它,這一年是31536000秒,一秒跑299792458米,乘出來就9454254955488000米,約等於十萬億公里吧。

你說什麼,簡直是天文數字?廢話,天文上的度量當然得用天文數字啦∼∼但這也僅僅只不過是一光年的長度。

當我們看到十億光年以外的星星時,映入我們眼簾的那束星光已經在茫茫宇宙間飛奔了十億年。換句話說,我們現在看到的僅僅是它十億年之前的樣子!現在的它究竟如何我們只有再等待十億年才能看到……不寒而慄!

普遍認為宇宙誕生到現在有150億年。所以我們可能觀察到的最廣闊宇宙空間的直徑只可能在150億光年這樣的範圍之內。150億光年遠的地方的光被我們看到時已經在宇宙間穿越了150億年,那是宇宙誕生時的影像!

0.1飛米,又是一個什麼概念呢?

無語……,一旦我們進入下一個層次,我們將會看到什麼,我們又將會知道什麼?

佛陀曾經說過:「其大無外,其小無內。」宇宙到底有多大?現在還測不出來;那麼,最小的單位是什麼?也是測不出來。以人類自豪的高科技,終究是無法一探……你所信賴的神……所創造的∼這奧妙的宇宙!

台北市立天文科學教育館曾經播放過此影片喔!現在僅能請您欣賞一下圖片,也頗精采啦!

Powers of 10
Power of 10 aniimated

10億光年
觀測到的宇宙,上面的每一個象素點所表現的事物都是無比古遠的。
10億光年

1億光年
視野縮小10倍,宇宙看起來還是空空如也,「星」光點點。可是,那些點點斑斑的真的是星星嗎?
1億光年

1000萬光年
把眼光再降低一個數量級,那些點點看起來依然像是「星星」
1000萬光年

100萬光年
近些,再近些。什麼呀,這麼面熟?這就是你所說的星星嗎?
是「星星」,一堆「星星」。我們稱它為銀河系。
100萬光年

10萬光年
這是銀河系,我們的家園。在10萬光年這樣的數量級下,我們就看見了整個的銀河系。
事實上,銀河系的直徑就是十萬光年。真有哪位能發明和光速一邊快的飛船,從銀河系的這邊飛到對面來個大吊角,就要十萬年的時間!在這樣漫長的旅程來看,人生不過朝生暮死,蜉蝣一般。但這只是對相對於銀河系靜止的觀測者而言,船上的人員感受到的旅程其實只有數分鐘。
10萬光年

1萬光年
由此就能夠大致估計出我們的位置,如果把銀河視為一個巨大的扁盤,我們就是應該在這張扁盤的平面上。否則如果不是這樣的話,我們高於或低於它,那麼看到的夜空星星就不會是銀河如光帶般的橫亙在天,星星較均勻地分佈於兩側,而會顯得一半亮一半暗。事實上現代研究也得出這種結論:我們的太陽系位於銀河系螺旋翼內側的邊緣,距離銀河系中心大約2.5萬光年。於是,我們把視野收回到1萬光年的數量級,聚焦在銀河系若干觸角般螺旋翼中的一條上面。
1萬光年

1千光年
密密麻麻!
1千光年

100光年
再近點,還是密密麻麻!
100光年

10光年
又是密密麻麻!
10光年

1光年
等等,這是什麼?
1光年

1萬億公里
再走近十倍依然霧氣昭昭的一團,到底是什麼嘛?
1萬億公里

1千億公里
這回看清楚了吧,原來是太陽系!我們穿梭時空,在密密麻麻的星點中找到她,不容易呀!
1千億公里

100億公里
放大十倍來觀察以繁星為背景的太陽系。說是繁星,其實是與太陽最近的甯P半人馬座比鄰的群星,都是在4.22光年左右的。圖中的亮點僅僅只是背景上離得遙遠的星星呢,並不是太陽系的一部分。
100億公里

10億公里
數數看,下圖堻Q藍框子圈上的是誰的軌道?水、金、地……原來是地球的軌道呀!
10億公里

1億公里
地球在哪裡?
1億公里

1000萬公里
大圈套小圈呢,月球圍地球轉的軌道。
1000萬公里

100萬公里
是什麼?飛機?還是鳥?是超人?都不是……
100萬公里

10萬公里
是地球!Home,Sweet home。
10萬公里

1萬公里
用一萬公里的視野看地球,人類有少部分的幸運兒曾看過呢。
1萬公里

1000公里
這是北美五大湖區中的密西根湖,框住的城市就是芝加哥。
1000公里

100公里
芝加哥鳥瞰。並由此開始了我們人類所能夠理解的數量級,開始了我們熟悉的世界。
100公里

10公里
密密麻麻的建築。
10公里

1公里
1公里

100米
100米

10米
10米

1米
1米

10公分
我們手所能把握的尺度。相信人類所接觸的大部分物體都是在這樣一個數量級的。
看看你的周圍,鍵盤、滑鼠、手機、杯子、碗……
10公分

1公分
這是他手上的皺紋細部。做好準備,我們即將進入另一個陌生的領域∼微觀世界。
1公分

1公釐
手上的毛孔。
1公釐

100微米
再放大十倍,依稀可見皮膚的組織結構。
100微米

10微米
一般來說一個細胞的數量級就是10微米。
10微米

1微米
生物課上學過的細胞核膜的細部吧。
1微米

0.1微米
染色體。凡人類的細胞,堶掖ㄦ|有23對染色體(46條)。
0.1微米

100埃,埃是一種長度單位,指10的負10次方米。用字母「A」頂上加個小圓圈來表示。
100埃的數量級就能度量某些有機大分子的物質了。看到這個規則的等距雙螺旋結構,我想你一定能夠脫口而出了。沒錯,這種物質就叫做去氧核糖核酸,也就是常說的DNA。分子結構清晰可見。
100埃

1奈米,10的負9次方米叫一奈米。
現在材料科學炒得火熱的奈米技術∼就是說很多物質精細到奈米級後將表現出很多在常規數量級上所表現不出的性質來。在奈米這樣的數量級下,我們連原子都可以數清了。因此,奈米級又叫原子級。下圖是組成DNA分子的原子們,它們以共價鍵和氫鍵彼此結合成龐大的有機分子。
生命就在這種複雜的結合中得以體現。
1奈米

1埃
圖中所示是密佈的電子雲,我們能看到原子核週邊的電子雲比較濃。所謂電子雲,其實並不是說一個原子擁有無數個電子,象雲霧般的彌漫四圍。每個原子擁有的電子數都是固定的,有數的,具體依元素種類而定。這些電子行蹤飄忽不定,在原子核外部亂竄。一個電子,好似有無數分身,於是就把這些電子團團轉的特點用電子雲來形容了。離核近的地方出現的幾率大些,雲就密;離核遠的地方出現的幾率小些,雲就稀。
1埃

10皮米
原子核週邊的濃密電子雲。仿佛又回到了浩瀚無邊的宇宙。這樣來看每個原子都像是個小宇宙,我們的世界就這樣的周而復始著……
10皮米

1皮米
穿過最濃的電子雲,發現更近核的地方反倒清淨。原來離得遠了要吸引,離得近了也會排斥呢,保持一個最佳的距離才好。什麼?你說電子陰性,原子核陽性,異性相吸,應該越近核越密才對?真要那樣越近越吸,越吸越近,電子都撞到核上去,最後誰也動彈不得!下圖框中的斑點就是原子核。
1皮米

0.1皮米
走近點,這就是傳說中的原子核了。10的負12次方米叫做一皮米。在0.1皮米的數量級下看原子核就可以看出很多個球球來,它們是帶正電的質子和不帶電的中子。
0.1皮米

10飛米
原子核的特寫。
10飛米

1飛米(10的負15次方米)
質子(也可能是中子)的細部,亂七八糟一大片。未知的結構,未知的領域,那媊搣韝W帝。
1飛米

0.1飛米
一旦我們進入下一個層次,我們將會看到什麼,我們又將會知道什麼?
0.1飛米

Powers of 10

Powers

Distance

Time
10-25 1 Billion Light Years n/a
10-24 100 Million Light Years n/a
10+23 10 Million Light Years n/a
10+22 1 Million Light Years n/a
10+21 100,000 Light Years 30 Trillion Years
10+20 10,000 Light Years 3 Trillion Years
10+19 1,000 Light Years 300 Billion Years
10+18 100 Light Years 31,709,791,984 Years
10+17 10 Light Years 3,170,979,198 Years
10+16 1 Light Year 317,097,919 Years
10+15 1 Trillion Kilometers 31,709,791 Years
10+14 100 Billion Kilometers 3,170,979 Years
10+13 10 Billion Kilometers 317,097 Years
10+12 1 Billion Kilometers 31,709 Years
10+11 100 Million Kilometers 3,170 Years
10+10 10 Million Kilometers 317 Years
10+9 1 Million Kilometers 31 yrs. 8 1/2 mo.
10+8 100,000 Kilometers 3 yrs. 2 mo. 1 day
10+7 10,000 Kilometers 10,000,000 Seconds
10+6 1,000 Kilometers 1,000,000 Seconds
10+5 100 Kilometers 100,000 Seconds
10+4 10 Kilometers 10,000 Seconds
10+3 1 Kilometer 1000 Seconds
10+2 100 Meters 100 Seconds
10+1 10 Meters 10 Seconds
10+0 1 Meter 1 Second
10-1 10 Centimeters 100 Milliseconds
10-2 1 Centimeters 10 Milliseconds
10-3 1 Millimeter 1 Millisecond
10-4 100 Microns 100 Microseconds
10-5 10 Microns 10 Microseconds
10-6 1 Micron 1 Microsecond
10-7 1,000 Angstroms 100 Nanoseconds
10-8 100 Angstroms 10 Nanoseconds
10-9 1 Nanometer 1 Nanosecond
(light travels 1 foot per ns)
10-10 1 Angstrom 100 Picoseconds
10-11 10 Pico meters 10 Picoseconds
10-12 1 Pico meter 1 Picosecond
10-13 100 Fermis 100 Femtoseconds
10-14 10 Fermis 10 Femtoseconds
10-15 1 Fermi 1 Femtoseconds
10-16 0.1 Fermis 100 Attoseconds
10-17 0.01 Fermis 10 Attoseconds
10-18 0.001 Fermis 1 Attoseconds

後記:圖文70%取自E-mail信件,網路搜尋,許多簡體網站皆有轉貼,但找不出原始出處,每張圖片皆有英文說明,英文程度強的可以看看,中文說明略加修改過。

by yunol