从宏观宇宙到微观世界层次
物理学中的宇宙尺度
物理学中的宇宙尺度物理学是探索宇宙的奥秘的科学，而宇宙尺度则是其中重要的研究领域之一。
宇宙尺度涉及到宇宙中不同物体的大小、距离以及时间的尺度，对于我们理解宇宙的结构和演化过程具有重要的意义。
本文将从宇宙的尺度层级、宇宙扩张以及宇宙尺度对人类的影响等方面进行论述。
一、宇宙的尺度层级宇宙的尺度层级是指从微观到宏观不同物体的尺寸范围。
在微观尺度上，我们可以研究原子、分子以及它们之间的相互作用，这属于微观物理学的范畴。
而在宏观尺度上，我们研究的是星系、星云以及宇宙中的大尺度结构和现象，这就是天体物理学的研究范围。
在微观尺度上，物理学家通过粒子加速器等实验设备，可以观测和研究到微观粒子的特性和相互作用规律。
这些微观粒子包括了构成物质的基本粒子，如夸克和轻子等。
通过研究微观尺度上的物理规律，我们可以深入理解物质的组成和微观世界的奥秘。
而在宏观尺度上，我们观测到的是星系、星云等宇宙中的天体结构。
宇宙尺度的研究包括了宇宙起源、星系的形成和演化、宇宙背景辐射等诸多方面。
通过观测宇宙尺度上的现象，物理学家可以推测出宇宙的组成和演化历史。
二、宇宙的扩张宇宙的扩张是指宇宙中物体之间距离的增加。
据大爆炸理论，宇宙在约138亿年前开始于一个极端高温高密度的状态，随着时间的推移，宇宙不断膨胀扩大。
这一理论得到了大量观测数据的支持，被广泛接受为解释宇宙演化的基本理论。
宇宙的扩张使得宇宙中的物体相对于我们的观测点偏离，这就导致了红移现象。
红移是指天体的光谱线向长波长方向偏移，这是由于宇宙膨胀而使得光波被拉伸所致。
通过红移的观测，我们可以了解到宇宙中各个物体的远近关系，从而揭示宇宙的结构和演化历史。
三、宇宙尺度对人类的影响宇宙尺度的研究对于人类有着重要意义。
首先，宇宙尺度的研究有助于我们了解宇宙的起源和演化，揭示出宇宙的奥秘。
这有助于推动科学的发展和人类对宇宙的认识。
其次，宇宙尺度的研究对于天文学和航天技术的发展具有重要作用。
通过研究宇宙尺度上的物体和现象，我们可以获得更多的天文数据，并促进技术的创新和应用。
第一篇 第四章 宇宙的结构层次与物质的基本单元
第一篇第四章宇宙的结构层次与物质的基本单元（p78-79）第一节宇宙的宇观、宏观和微观三个层次构成物质的基本单位是夸克、轻子和传播子。
宇宙按其空间尺度和质量大小可分为宇观、宏观和微观三个层次。
一、微观层次（弱、强相互作用和电磁相互作用是支配微观层次的决定性因素）微观层次通常又分为粒子亚原子和原子分子两个层次。
随着原子核增大，质子间静电排斥逐渐增大，最终超过核力的约束，就不存在稳定的原子核，强相互作用与电磁相互作用的平衡条件决定原子大小的上限。
二、宏观层次（电磁相互作用是支配宏观层次的决定性因素）宏观物质是由大量原子分子形成的凝聚体系，其稳定条件是电子受原子核的为库伦吸引与电子之间因泡利不相容而有的排斥之间的平衡。
密度随体积或质量的增加而略有增加，万有引力逐渐增强并开始起作用。
三、宇观层次（万有引力相互作用则是支配宇观层次的决定性因素。
）在这个系列中，随着尺度和质量的增加，密度逐渐减小。
万有引力作用与电磁相互作用不同，它不能屏蔽和中和，随着质量的增加，万有引力逐渐占支配地位的相互作用。
弱强相互作用和电脑相互作用是支配微观层次的决定性因素，电磁相互作用是支配宏观层次的决定性因素，而万有引力相互作用则是支配宇观层次的决定性因素。
1661年，英国科学家玻意耳提出了化学元素概念，为科学地研究化学奠定了基础。
1803年，英国化学家和物理学家道尔顿用原子的概念阐明化合物的组成及其所服从的定量规律，并通过实验来测定不同元素的原子质量之比。
这种始于化学的原子假说叫做“化学原子论”。
1811年，意大利科学家阿伏伽德罗提出了分子假说，弥补了道尔顿原子学说中忽视了原子和分子区别的缺陷，两者结合成为“原子——分子学说”。
1869年，俄国科学家门捷列夫发现了元素的周期性递变规律并制成了元素周期表。
在人类认识物质结构的进程中，这是一个重大的成就。
第三节物质结构的基本单元1964年，盖尔曼提出了夸克模型，认为强子，包括质子和中子，都是由夸克组成的。
1、 宇观世界、宏观世界、微观世界
1、宇观世界、宏观世界、微观世界当今的理论物理学并不缺乏坚深的数学演绎，缺乏的只是理论发展所需要的活力：新视角、新概念、新思想和深刻的洞察力。
新的科学体系的诞生无不是在固有体系的基础上，根据当时所了解的知识，理想化出一系列基本理论，并在这些基本理论基础上发展出来整个体系。
但没有人能保证这些基本理论始终有效。
当我们学习这些科学体系时，对权威的崇拜，对这些科学体系魅力的迷恋，对整个科学体系坍塌的恐惧使得我们的自由意志与既有结论或权威对立时，我们的第一个反应就是逃避。
而作为科学基本的态度和精神的怀疑与批判，则早已被我们置之于脑后。
逐渐地，我们就把这些基本理论看成神圣不可侵犯的"公理"，即使它们已经不合时宜。
在二十一世纪物理学将在三个方向上继续向前发展（1）在微观方向上深入下去；（2）在宏观方向上拓展开去；（3）深入探索各层次间的联系，进一步发展非线性科学。
吴水清先生认为：“在科学研究的路上，我们要以实验为根据，以数学位工具，以实用为目标，以理论为基础，进行开拓和创新。
”李政道教授讲：“地球村人面临第三次物理学革命的挑战。
”【1】宇观世界：指宇宙学和天文学研究的范围。
长度单位使用天文学单位1.496×1011m（等于地球到太阳的距离）或大尺度单位9.5×1015m（即光年）;宏观世界：指现实生活涉及到的经验世界。
长度主单位使用m，大单位用km，小单位用mm；经典物理学就是适用于这一领域的、添加了许多假设和近似的、非常实用的理论；微观世界：指跟非牛顿范式物理学所研究的热、光、电磁现象相关的，辐射能ε从粒子中放出、在空间中传播、或被粒子吸收的整个系统。
长度单位使用纳米10-9m或者埃10-10m。
宏观描述只描述宏观物质体而不追究其内部的微观结构或超微观结构。
微观描述到分子，原子止。
超微观描述则到原子以下范围内。
宇观只是一般意义下的宏观的扩展，本质还是宏观。
所以物质的空间范围应分为：宏观，微观，超微观三大领域。
宇观世界宏观世界微观世界
力的类型
发生作用的距离
力的强度(以强力为1)
传递此力的粒子
粒子的引力质量
引力
延伸到非常大的距离
10-38
没有发现
不知道
弱力
约小于10-17cm
10-13
中间玻色子W+、W-和Z0
约90吉电子伏
电磁力
延伸到非常大的距离
10-2
光子
0
强力
约小于10-13cm
1
胶子
假定为0
注：1吉＝10亿
玻尔的对应原理在某种意义上应该看作是一种物理学思想,它表明在原子范围内的微观现象和宏观现象，各自遵循本范围的规律，但微观范围内的规律和宏观范围内的规律间存在对应关系，当把微观范围内的规律延伸到宏观范围时，应与宏观规律一致.
宇观世界：指宇宙学和天文学研究的范围.长度单位使用天文学单位1.496×1011m（等于地球到太阳的距离）或大尺度单位9.5×1015m（即光年）;宏观世界：指现实生活涉及到的经验世界.长度主单位使用m，大单位用km，小单位用mm；经典物理学就是适用于这一领域的、添加了许多假设和近似的、非常实用的理论；微观世界：指跟非牛顿范式物理学所研究的热、光、电磁现象相关的，辐射能ε从粒子中放出、在空间中传播、或被粒子吸收的整个系统.长度单位使用纳米10-9m或者埃10-10m.宏观描述只描述宏观物质体而不追究其内部的微观结构或超微观结构.微观描述到分子，原子止.超微观描述则到原子以下范围内.宇观只是一般意义下的宏观的扩展，本质还是宏观.所以物质的空间范围应分为：宏观，微观，超微观三大领域.宏观现象、宇观现象和微观现象中都有许多是人们已有的观念和理论所无法解释，这就要求我们修改旧有的观念和理论，甚至创立新的观念和理论.客观世界永远是人类不可超越的老师！我们能够做的是用一个改善的观念和理论去取代旧有的观念和理论，一代接一代地进行下去.这一切不能仅仅靠理论思索，更重要的是科学的实践.经得起客观实践检验的观念和理论才是有生命力的.
宇宙宏观与微观
1米现下我们回到了本次旅行的起 点，这个距离我们能用我们的手 臂够到
10cm逐渐靠近直到10cm的距离， 我们能描绘树叶的样子了。
1cm从这个距离，我们能观察到树叶 的结构
1mm细胞组织开始得以展现...
100微米此时，细胞得以清晰的展 现。你可以看到细胞之间是怎样 结合起来的。
10微米我们的旅行将进入到细胞内 部...
1米 花园里，从1米的距离看一束树叶
10米将我们的视线向上移，我 们看到的是一片植物
100米在这个距离，我们看到了 树林的边界
1公里现在我们将从米进入到公 里..有可能需要降落伞了
10公里我们由此可以看到整个城 市的面貌，但是我们确实已经看 不清每栋房子了
100公里从这个高度，可以看到美国 佛罗里达州
1000公里这是典型的从人造卫 星的视野
1万公里北半球，和南美洲的部 分
10万公里此刻，地球看起来很 小了...
100万公里地球和月亮的运行轨 道（白色的线）
1000万公里蓝色区域是地球轨 道的一部分
1亿公里金星和地球的轨道...
10亿公里水星、金星、地球和 木星的轨道
100亿公里从这个高度，我们能 看到太阳系和行星运行的轨道
夸克再往下就是一股无形的能量了。 组成这个世界的不是物质而是能量，而 能量又是怎么来的，如何运作的呢？ 谁能说我们的科学已经能破解所有 宇宙和生命的奥秘？也许，今天的科学 只是认知世界的初级阶段，比起几百年 前科学证实地球是圆的，是绕着太阳转 的阶段进步了一点点而已。终极真理或 许需要从另一个方向——信仰才能获得。
1000亿公里太阳系看起来变得有点 小了...
1万亿公里此刻，太阳看起来就 是众多恒星中的一颗...
1光年（10万亿公里）从1光年的距 离看，太阳看起来很小了
宇宙间三十六个维次空间的秘密
宇宙间三十六个维次空间的秘密（转(2012-03-1709:10:23)[删除]转载▼标签：转载原文地址：宇宙间三十六个维次空间的秘密（转作者：圆觉自在根据物质和反物质生命质能的高下，其存在的空间有36维。
依次是：无色间、双色间、人间、因果间、阴阳两界间、人仙界、质子界、光子界、光速圈、超光速圈、分子界、微观世界、法界、滞留信息间、超时间、宏观世界、时间隧道、空间隧道、浑沌界、清凉界、天界、极乐界、阴极黑洞体、万年界、千年界、梦境界、阳极黑洞体、家畜界、动物界、植物界、昆虫界、细菌界、山石河流气象界、阴间、冰冻层、火炼层。
一维空间——无色间看不到物体的大小、形状、和颜色的空间。
如盲人始终生活在这种空间。
极夜或极光也是无色间。
宇宙诞生前“太极”的空间就是一维空间。
对人而言，反物质世界就是一维空间，所有的反物质的本质是一维的。
这也就是为什么我们看不见意识、思维、灵魂、神佛、道、法、天界、极乐世界、梦境界、阴间、冰冻层、火炼层的主要原因。
从反物质一维空间角度讲，我们所有的人都是盲人，就象我们这个世界明明是万紫千红、眼花缭乱的，但盲人无法看到一样，我们对反物质一维空间的情景也是视而不见、茫然无知的。
二维空间——双色间物体有大小、形状，却只有明暗两色的空间。
如全色盲就生活在双色间。
阴间、冰冻层、火炼层的情景就象黑白电视中的图象一样，只有明暗两色。
若一个人仅仅绝对地以好坏、真假、善恶、美丑来判断事物，看不到好中有坏，坏中有好，真中有假，假中有真，善中有恶，恶中有善，美中有丑，丑中有美，动中有静，静中有动的时候，他的思维就是全色盲思维，他实际上就生活在二维空间之中。
只有直线，没有曲线，且直线无论从主视、俯视、剖视看没有斜交之处的空间也是二维空间。
三维空间——人间物体有形状、大小、且五颜六色、时刻在变化的空间。
人间就是三维空间，世界上98的人和除鸟之外的绝大多数动物就生活在这个空间。
三维空间是无结空间，所有物体的运动归根结底是一条无打结的线，比如一个人脚上拴一条绳子，无论他如何左转右拐，前进后退，这条绳子尽管形成了曲曲弯弯，甚至相互叠加的几何图案，但只要抓住绳子的两头一拉，它就会成为一条直线，这条线上没有结。
宇宙的维度：在宏观与微观之间寻找存在的意义(1000字以上)
宇宙的维度：在宏观与微观之间寻找存在的意义（1000字以上）宇宙，是一个神秘而浩瀚的存在。
它既包容着宏大的星系和行星，也隐藏着微小的粒子和能量。
人类对宇宙的认知不仅包括物质层面的探索，更涉及到心灵层面的思索。
宏观的宇宙，是星系和行星构成的宇宙群体。
当我们抬头仰望星空，无尽的星系和宇宙演化的奇妙画面展现在眼前。
这些星系以不可思议的速度在宇宙中旅行，它们既如同巨型宇宙家族，也具备自身的独特特性。
它们的存在和运行，让我们感悟到了宇宙的宏大和无限可能性。
以银河系为例，它是我们所在的星系，我们在它的边缘中微小地存在着。
然而，正是这个微小的存在，令我们想起人类在宇宙中的渺小与脆弱。
我们所面对的问题和挑战，在宇宙的宏观维度中只是一粒尘埃般微不足道。
宇宙的壮丽和宏大，让我们认识到了自己的渺小，然而也给予了我们对未知的兴趣和探索的勇气。
微观的宇宙，是由微小的粒子、能量和力场组成的。
通过现代物理学的研究，我们发现了原子、分子、基本粒子等微观世界的奥秘。
这个世界充满了奇特的现象和相互作用，它在宇宙中的微小存在却彻底改变了我们对于宇宙的认识。
以量子力学为例，它是研究微观世界的一门学科。
量子力学揭示了微观粒子行为的非常规和微妙之处，如波粒二象性和量子纠缠等。
这些奇特的现象引发了科学家们的思考，也让我们对于自身的存在和意义产生了新的思考。
微观的宇宙与宏观的宇宙相互交融，它们之间的微妙联系着我们的存在。
正是微观粒子的运动和相互作用，构成了我们身体的每一个细胞和原子，让我们的存在成为宇宙的一部分。
我们与宇宙之间的联系不仅仅体现在物质层面，更涉及到能量和意识的层面。
在宏观与微观的宇宙中，人类是独特的存在。
我们既是宇宙的观察者，也是宇宙的一部分。
通过对宇宙的宏观与微观的理解，我们更清晰地认识到自身的地位和存在的意义。
人类存在的意义不仅限于满足生理需求和追求物质享受，更包括对于知识和智慧的追求。
正是这种追求的动力，让我们在宇宙的征程中持续探索和创新。
从宏观物体到微观物质的层次结构[终稿]
![从宏观物体到微观物质的层次结构[终稿]](https://img.taocdn.com/s3/m/45d17a9603d276a20029bd64783e0912a2167ca8.png)
从宏观物体到微观物质的层次结构000说明：本文是综合网络上的相关知识，编辑而成，以供大家参考。
000一000我们所在的这个宇宙是人类已知的最大物体，其曲率半径达到10^31m，约等于10^16光年。
000（注：1光年≈ 9.46×10^15m，即约9.46万亿公里。
天文学上还用“秒差距”pc作距离单位，1pc≈3.08568×10^16m，约为3.26光年）。
000宇宙中的物质不是连续均匀分布的，而是一团一团的，呈立体网状的。
宇宙中包含很多个超星系团，并且各个超星系团之间相距遥远。
000每一个超星系团里面又包含若干个星系团，星系团彼此之间也是距离遥远。
000每一个星系团里面又包含若干个星系群，星系群彼此之间也是距离遥远。
（星系群就是小的星系团，有的观点没有星系群的说法。
）000每一个星系群里面又包含很多个大星系，大星系彼此之间也是距离遥远。
我们所在的银河系就是大星系之一，银河系直径约为10万多光年。
000每一个大星系里面又包含很多个恒星系。
我们所在的太阳系，就是一个恒星系，它属于银河系中的一员。
银河系包含上千亿颗恒星，恒星彼此之间距离非常遥远。
000恒星系基本上都是由位于中心的一颗或两三颗恒星，以及周围的若干附属天体组成。
附属天体包括行星、行星的卫星、彗星和其他一些小天体。
000宇宙中除了上述天体，还弥漫着大量的星际气体和星际尘埃。
000宇宙中所有的天体都在不断运转变化，各个星系团、恒星、行星和卫星等，都在旋转，既绕着它们系统的中心公转，同时又在自转。
但旋转的速度、方向和轨道角度等都各有不同。
000宇宙中时常都有老的恒星死亡，变成红巨星、白矮星或黑洞；也时常有新的恒星诞生，有超新星爆发。
还有星系碰撞、撕裂、吞并等现象。
000我们所在的太阳系，是由中心的一颗恒星——太阳，和周围的八大行星、数颗矮行星、上百颗天然卫星以及数以亿计的各种小天体组成。
太阳系的直径约为10^16 m ，即大约1光年。
《现代科学技术导论(第四版)》电子教案 第1篇第4章宇宙的结构层次和物质
七、夸克模型
• 1964年，盖尔曼 〔M.Gell－Mann, 1929-〕和兹瓦格 〔G .Zweig〕分别独 立提出了形象的、易于 理解的强子结构模型— 夸克模型,该模型认为 “强子是由三个更根本 的粒子(现记为上夸克、 下夸克、奇异夸克)组 成〞。
现代科学技术导论-第1篇第4章宇宙的结构层次和物质
六、第一代“根本粒子〞
• 汤川秀树的理论被确立之后，原子核内相互作用的 理论研究开始活泼起来。π介子发现以后,许多物理 学家认为,组成物质的根本单元〔称为第一代根本粒 子〕都找到了。
• 物理学家立即认识到原子核由质子p和中子n组成， 通常就把质子和中子称为核子。核子由比电磁相互 作用〔电磁力〕更强的相互作用——核相互作用 〔核力〕结合成原子核，否那么，原子核就会因为 带正电荷的质子间的斥力而崩解。核力就是强相互 作用力。核力仅在原子核线度〔约10-13cm〕范 围内呈现，它是短程力，粗略地说，核力是一种强 吸引的短程力。
现代科学技术导论-第1篇第4章宇宙的结构层次和物质
• 十、粒子物理面临的挑战 20世纪60年代以来，粒子物理学有很大进展，但 仍有许多根本问题需要解决。如：为什么看不见夸 克？夸克和轻子有没有结构?难道它们是最根本的 吗?标准模型预言的希格斯粒H子为什么至今尚未发 现?弱作用下粒子反粒子变换—宇称联合反演对称 性〔CP)破坏的来源是什么?这些问题都是今后粒 子物理要研究的课题。标准模型仍存在着问题，人 们希望能在理论和实验上取得新的结果，使标准模 型有所突破。物理学的根底是实验，因此，人们寄 希望于未来的超高能和高亮度加速器。
• 大约在公元前400多年， 古希腊哲学家德谟克利 特把构成物质的最小单 元叫做“原子〞，认为 宇宙万物乃至灵魂都是 由这种不可分割的原子 构成的。
从宏观到微观
授课过程 1.第15页<讨论与活动>的计 算主要是培养学生的数量概念,突 出一个“小” 2.质量、密度概念的恰当处 理直接有利于初二和初三的物理 教学
一）关于太阳的知识准备
1.太阳是距离地球最近的恒星。太阳系质量的 99.87%都集中在太阳，它强大的引力控制着行星、彗星 等天体的运动. 2.太阳的中心核反应区约占太阳半径的20％，集中 了太阳质量的一半。高温高压使这里的氢原子发生热核 反应，聚变为氦，每秒钟有6亿吨的氢聚变为5.96亿吨 的氦，根据爱因斯坦的质能方程E=mc2，释放出质量相 当于400万吨的氢的能量，根据目前对太阳内部氢含量 的估计，太阳至少还有50亿年的正常寿命. 3.太阳的最外层大气由高温、低密度的等离子体组 成。日冕温度达100-200万开尔文。高温使气体获得克 服太阳引力的动能，形成不断发射的较稳定粒子流---太阳风，是造成彗星尾背向太阳的主要动力.
教学目标要求（知识目标）
1-6.物质由粒子构成（2） 1.汤姆逊发现带负电的电子. 2.卢瑟福提出原子核式结构学说. 3.所有物质都由粒子（分子、原子或带 电原子——离子）构成，原子则由原子核和 核外电子构成，原子核由质子和中子组成. （ B） 4.质量的概念，质量的单位，它不随物 体的位置、形状、温度、运动状态而改变. （ B） 5.物质单位体积的质量叫物质的密度.密 度的单位.
备课过程:
1.围绕第23页<讨论与活动>是本节课的 一项重要内容,实践证明,效果不错. 2.第二部分(可放到前面讲)是一个普遍 到具体的过程,强调液体和气体的形状与 “容器形状有关”和与“容器形状相同”的 区别. 3.第三部分的图能形象的说明固、液、 气三态的分子排列情况，即微观结构决定宏 观表现,现象决定于本质.
宏观和微观世界的结合与探索
宏观和微观世界的结合与探索宏观和微观世界的巨大差异一直是人们关注的焦点。
在宏观世界，大自然呈现出壮观的景象，例如太阳系、星系、地球上的山川河流、动植物等，我们可以用肉眼看到它们的形象。
而微观世界则是人类以极为先进的科技手段方能进入的境地，如原子、分子、细胞、DNA等。
尽管表现形式截然不同，宏观世界和微观世界实际上在一定程度上是相通的，一些深度的科学研究更需将两者有机地结合起来。
在物质构成方面，宏观世界和微观世界有很大的共同点。
宏观世界上的物体是由分子、原子和离子等微观粒子构成的，而微观世界中的物体也是由这些微小物质粒子组成的。
微观世界的研究从某种意义上来说，也就是研究宇宙的本质。
与此相对的是，宏观世界研究的则更侧重于种族、类别、数量等等方面。
但是，宏观世界和微观世界的工具和测量方法完全不同，这也就为它们各自的研究带来了独特的问题。
在宏观世界中，万物具有很明确的物理性质，如重力、电磁性和惯性等等。
而在微观世界中，物理性质则变得异常复杂，微观世界的研究主要涉及到量子力学等领域。
在微观世界中，粒子往往是以某种量子态存在的，它们的粒子性和波动性可能会相互转换。
这意味着在微观尺度下，我们不能准确描述粒子的位置和速度，而只能陈述可信度的范畴。
然而，微观世界中，量子力学高度斯瓦希手段（如测量结果影响系统态的状态）的出现，让科学家们得以更深入地探究微观世界。
并不是说宏观世界跟微观世界毫不联系，实际上恰恰相反的，宏观世界及其表现现象与微观世界之间有无数的联系。
比如，在天文学上我们可以用望远镜来观察宏观世界的物质，而在化学上，常常会考量分子级别的互作用。
这些细微的联系不但加深了我们对微观世界的印象，也让我们更愿意将宏观世界和微观世界看做是一个整体。
今天，微观世界的研究对我们社会的许多领域都产生了深远的影响。
例如，纳米技术，其研究挑战了物理学、化学和生物学等各个领域的科学家，并产生了许多巨大的应用前景。
纳米科技已经被广泛地应用于化学和材料科学、药学和医学等多个领域。
论宇宙的多层次
衡量信息量最基本的单位是“字数”（其中的“字”指的是二进制的一位），也就是二选一的次数。于是，如果宇宙是连续的，也就是说每条直线上的点可与实数集对应，那么用二分法确定时空中的一个粒子的位置所需的二分次数，也就是这个粒子所携带的信息的值便是无穷大，而这是不允许的，所以宇宙的量子性是某种必然。
（这本可以推翻平行宇宙理论，但我不想那么做。其一：我个人对平行宇宙理论中的“量子自杀理论”情有独锺；其二：平行宇宙理论的哲学合理性是不可替代的。）
·概率在信息层次的决定性的物理意义
想到一般信息具有简并性和相抵消性，使我觉得有一些茫然，但这时我发觉了这样一件事实：统计概率的信息似乎置身世外，它无从简并也不会被谁抵消。值得注意的是：宏观尺度中有很多物理规律都是件立在微观尺度的统计规律上的。也就是说，平行宇宙不仅作出简并，而且还具备分层化的数学结构：它们在宏观尺度上使用宏观物理规律，微观尺度的状态信息被抵消消失，就像是“你到底是人类还是赛昂人”的信息被抵消消失一样；而在微观尺度，其在符合统计规律限度外的态会被信息学割除。换句话说：那种让你偶然间会被量子波动弄到几前光年外的宇宙不会存在，因为它们违反了宏观物理学定律，不包含统计学信息，而其他信息都是不稳定的。总的来说：只有在正态分布曲线中间部位的那些宇宙形态才能存在。
比如携一个光子能量的光波照射到三个电子甲、乙、丙上，一开始每个电子获得了三分之一个光子的能量，而这时宇宙分为三个平行宇宙正、异、新。这时，异甲和新甲会把能量给正甲，正乙和新乙把能量给异乙，正丙和异丙把能量给新丙。于是，只有正甲、异乙和新丙各自获得了一个光子的能量，完全符合实际的量子化现象与概率在平行宇宙理论中的物理意义。
举一个经典一点的例子：在一个宇宙中你是一个人类，在另一个宇宙中你是一个潜伏赛昂特工，而这两个宇宙会在你的认知的尺度上发生简并，这样一来，在你确知自己是一个赛昂人之前，你的种族属性便一直处于赛昂人与人类之间的量子不确定态！
微观世界、宏观世界
这张照片显示的是血管 从黑色视盘中伸出。视 盘是个盲点，因为视网 膜的这个区域没有光感 细胞，视神经和视网膜 血管从眼睛后面的这个 部位伸出去。
微观世界
IBM公司的科学家 宣称首次拍到单个 分子的清晰照片， 照片中可看见把分 子结构紧密连在一 起的原子键。
• 无数原子彩球是这 个作品的基本元素， 视觉冲击力极强。
阿基米德
古希腊哲学家、数学家、 物理学家、力学家。 阿基米德成为兼数学家 与力学家的伟大学者， 并且享有“力学之父” 的美称。是静态力学和 流体静力学的奠基人。
从小就善于思考，喜欢辩 论。早年游历过古埃及， 曾在亚历山大城学习。据 说他在亚历山大里亚时期 发明了阿基米德式螺旋抽 水机。第二次布匿战争时 期，罗马大军围攻叙拉古， 最后阿基米德不幸死在罗 马士兵之手。他一生
美丽的 微观世界
量子力学
描写微观物质的一种物理学理论。
量子力学
量子力学是研究微观粒子的运动规律的 物理学分支学科，它主要研究原子、分 子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒 子的结构、性质的基础理论，它与相对 论一起构成了现代物理学的理论基础 。
量子力学
量子力学的预言和经典物理学运动方程 (质点运动方程和波动方程)的预言在性 质上是不同的。在经典物理学理论中， 对一个体系的测量不会改变它的状态， 它只有一种变化，并按运动方程演进。 因此，运动方程对决定体系状态的力学 量可以作出确定的预言。
微观世界 ---
难得一见的人体微观世界
要有一口亮丽牙齿， 经常刷牙非常有必 要，因为牙齿表面 的牙釉质看起来就 像“混乱的丛林”。
微观世界 ---
难得一见的人体微观世界
这是对耳毛细胞进行 近距离拍摄的。耳毛 细胞的主要功能是发 现对声震作出反应时 产生的机械运动
经典力学的局限性
经典力学的局限性［要点导学］1．以牛顿运动定律为基础的经典力学，在万有引力定律建立后，更趋完美。
几乎能解释当时所能看到的从天体到地面上的物体的运动现象，而且是那么地与实际相符合。
于是经典力学就被人们广泛接受，并被用到实际中去，带来了许多新技术革命，对人们的生产和生活带来了重大的影响。
2．经典力学的局限和任何理论一样，经典力学也有它的局限性，有它的适用范围。
（1）从低速到高速——狭义相对论：当物体运动的速度比真空中的光速小得多时，质量、时间和长度的变化很小，可以忽略，经典力学完全适用。
但如果物体运动速度可以和光速相比较时，质量、时间和长度的变化就很大，经典力学就不再适用，狭义相对论阐述了物体在以接近光速运动时所遵循的规律。
（2）从宏观到微观——量子力学：物理学研究深入到微观世界，发现微观粒子不但具有粒子的性质，还能产生干涉、衍射现象。
干涉和衍射是波所特有的性质。
也就是说微观粒子具有波动性。
这是牛顿经典力学无法解释的。
正是在这种情形下，量子力学应运而生，量子力学能够很好地解释微观粒子的运动规律。
（3）从弱引力到强引力——广义相对论：天文观测发现行星的轨道并不严格闭合，它们的近日点在不断地旋进。
这种现象称为行星的轨道旋进。
这是用牛顿万有引力定律无法得到满意解释的。
爱因斯坦创立了广义相对论，根据广义相对论计算出的水星近日点的旋进与天文观测能很好地吻合,爱因斯坦创立的广义相对论是一种新的时空引力理论，爱因斯坦还根据广义相对论预言了光线在经过大质量星体附近时会发生偏转，这也是被天文观测所证实的。
根据牛顿万有引力定律，假定一个球形天体总质量不变，并通过压缩减小它的半径，天体表面上的引力将会增加。
半径减小到原来的二分之一，引力增大到原来的四倍。
爱因斯坦引力理论表明，这个力实际上增大得更快些。
天体半径越小，这种差别越大。
根据牛顿的理论，当天体被压缩成半径几乎为零的一个点时，引力趋于无穷大。
爱因斯坦的理论则不然，引力趋于无穷大发生在半径接近一个“引力半径”的时候。
中科大天文学史课件02宇宙概观
NGC7000、IC5067北美星云和塘鹅星云
位于天津四东方的弥漫星云
IC434和马头星云
在猎户的“三星”内，位于δ星南侧的弥漫星云
马头星云
猎户座KL星云
NGC2238玫瑰星云
位于麒麟座内的弥漫星云
B68暗星云
位于蛇夫座
M8潮滩星云
位于人马座内的弥漫星云
M20三裂星云
M8北3度位置上的弥漫星云
三、 宇宙的层次结构
宇宙 超星系团 星系团 星系
星云 行星系统 卫星系统
恒星 彗星
星团 星际物质 流星体
哈勃太空望远镜
金星的大气
太空中的地球和月球
伽利略飞船拍摄
月球正面
伽利略飞船拍摄
月球背面
阿波罗飞船拍摄
月球的南极
小行星在太阳系中的分布
海王星的卫星特里顿（海卫一）
太阳系的范围：引力范围－1光年
大行星区域－40天文单位
1．太阳
2．地球
3．月球
4．大行星
水星、金星、地球、火星——类地行星
木星、土星
——巨行星
天王星、海王星——远日行星
5、矮行星：冥王星
6．小行星
7．彗星和流星体
8．卫星和行星环
四、银河系概况
由恒星、星团、星云和弥漫物质集合成的系统。 形状为扁平的铁饼形，绕自身的对称轴旋转， 有旋臂成旋涡状，直径约10万光年，厚度最大约 1万光年，包含约2000亿颗恒星。
3．当前观测宇宙的尺度 137亿光年
微观世界和宏观世界
巴 黎 协 和 广 场 方 尖 碑
微观世界和宏观世界
宇观世界
宇宙的历史
宇 宙
演
化
历 程
宇宙的历史（续）
宇宙的真实尺度;了解宇宙的宏观与微观世界
宇宙的真实尺度;了解宇宙的宏观与微观世界宇宙是人类探索的最大奥秘之一，其真实尺度和复杂性超出我们的想象。
了解宇宙的宏观和微观世界是人类长期以来的追求，对这个广阔而神秘的宇宙进行深入探索，有助于我们理解自身存在的意义和宇宙的运行规律。
首先，我们来谈谈宇宙的宏观世界。
在宏观尺度上，宇宙是如此之大，以至于我们很难用常规的单位来描述其规模。
宇宙中有数百亿甚至数千亿个星系，每个星系又包含着数十亿甚至上百亿颗恒星。
这种巨大的规模让人类感到渺小，但也激发了我们对宇宙奥秘的好奇心。
通过现代天文观测和探测技术，人类已经能够观测到遥远星系的光谱，探测到宇宙微波背景辐射等信息，从而对宇宙的起源、演化和结构有了更深入的认识。
其次，我们再来谈谈宇宙的微观世界。
在微观尺度上，宇宙同样充满了奇妙的现象和规律。
量子物理和基本粒子物理的研究揭示了宇宙微观世界中的奇异现象，如量子纠缠、虚空波动等，挑战着我们对宇宙本质的认识。
通过大型强子对撞机等高能物理实验设施，人类已经发现了一系列基本粒子，并揭示了它们之间微观世界的相互作用。
了解宇宙的宏观和微观世界不仅是为了满足人类的好奇心，更重要的是为了推动科学和技术的进步，促进人类文明的发展。
宇宙的真实尺度和复杂性激励着科学家们不断深入探索，不断寻求新的突破，以揭示宇宙的奥秘和规律。
同时，宇宙的宏观和微观世界也提醒着我们，人类只是宇宙中微不足道的存在，应该怀着敬畏之心对待宇宙，珍惜地球上的一切生命和资源。
总之，了解宇宙的宏观和微观世界是人类长期以来的追求和挑战，也是推动科学发展和人类文明进步的动力。
希望未来人类能够继续深入探索宇宙，揭示宇宙的奥秘，为人类的未来和文明发展作出更大的贡献。
万物简史每部分的介绍
万物简史每部分的介绍【万物简史】是英国物理学家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）所著的科普读物，它揭示了宇宙的起源、结构和发展等一系列复杂而惊人的科学理论和发现。
本文将按照《万物简史》一书的结构，分别介绍宇宙的宏观、微观和量子三个部分，以深入浅出的方式，向读者展示了人类对宇宙的探索和对于万物起源的理解。
第一部分：宇宙的宏观结构在《万物简史》的第一部分中，霍金从宏观的角度解释了宇宙的结构和组成。
他从宇宙的起源，即大爆炸理论开始，并向我们介绍了宇宙的膨胀、星系的形成、恒星的演化等重要概念。
通过引入黑洞及其吸积盘、星云和星系的形成，霍金使得这部分内容更加生动和易于理解。
与此霍金还讨论了暗物质和暗能量对宇宙结构影响的重要性，以及宇宙中最基本的粒子和基本力的理论。
第二部分：宇宙的微观世界在《万物简史》的第二部分中，霍金转向更小的尺度，探索宇宙的微观世界。
他以德布罗意的波粒二象性理论为基础，介绍了量子力学和粒子物理学的基本原理。
霍金向我们解释了量子力学中的概率性和不确定性原理，并以粒子的运动和相互作用为例，深入讨论了量子力学的数学模型和基本实验。
霍金还介绍了反物质、暗物质和超对称性等现代粒子物理学的重要概念，并预测了黑洞的辐射。
第三部分：宇宙的量子特性在《万物简史》的第三部分中，霍金深入探讨了宇宙的量子特性。
他向我们展示了量子力学与相对论之间的结合和矛盾，并讨论了广义相对论的黑洞理论。
霍金以黑洞的信息悖论为例，阐述了对于宇宙和黑洞的理解仍存在一些未解之谜。
他将焦点转向了细微结构、迷你黑洞和弦理论等更具争议性的主题，引发了对于宇宙真相的思考。
总结回顾通过阅读《万物简史》这本书，人们可以深入了解到宇宙的起源、结构和发展的完整历程。
霍金以深入浅出的方式，从宏观到微观再到量子层面，逐步揭示了宇宙的奥秘。
他引入了一些复杂的物理理论和实验事实，但通过生动的比喻和例子，使得这些抽象的概念变得更容易理解。
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一千亿公里 看出来了，是太阳系，翻山越岭的，不容易啊。
一百亿公里 放大十倍来观察以繁星为背景的太阳系。说是繁星，其
实与太阳最近的恒星--半人马座比邻星都是在 4.22 光年开外的。图中 的亮点仅仅只是背景上离得八丈远的星星呢，并不是太阳系的一部分。
十亿公里 数数看，下图里被蓝框子圈上的是谁的轨道。
100 公里
芝加哥鸟瞰。由此开始了我们人类所能够理解的数量级，开始了 我们熟悉的世界。深呼吸...
10 公里
密密麻麻，(为什么又要说密密麻麻？）。房屋，湖边的房屋。
Байду номын сангаас
1 公里 有一所房子，面朝大海，春暖花开...
100 米 看！草地上这是什么呀？
10 米
是一傻哥们睡得正香....挺惬意的嘛
1 米 嘿，都被偷窥啦还不知道呐
一亿公里 一亿公里的时候，地球在那里？
一千万公里 可以看到了，地球，月球 呵呵
一百万公里 这个是什么？
十万公里 啊，地球！
一万公里
怎么会这么巧涅？从 10 亿光年一路看下来正对着的竟是美国。用 一万公里的视野看地球，这是神的视角。
1000 公里
经常玩 GE 的朋友都看的出来吧，这是北美五大湖区中的密歇根 湖，框住的城市就是芝加哥。
1埃
原子是由原子核和电子组成的。这个是密布的电子云，我们能看 到原子核外的电子云比较浓。
10 皮米
原子核外围的浓密电子云。仿佛又回到了浩瀚无边的宇宙。这样 来看每个原子都像是个小宇宙，我们的世界就这样的周而复始着，不 寒而栗...
1 皮米
穿过最浓的电子云，发现更近核的地方反倒清净。中间的就是原子核。
十万光年
我们的太阳系位于银河系螺旋翼内侧的边缘，距离银河系中心大约 2.5 万光 年。于是，我们把视野收回到 1 万光年的数量级，聚焦在银河系若干触角般螺 旋翼中的一条上面。
一万光年
一千光年 密密麻麻啊
一百光年 还是密密麻麻的
十光年 一如既往的密密麻麻呀
一光年 等等，这个是什么？
一万亿公里 再走近十倍依然雾气昭昭的一团，到底是什么嘛？
无语。翻译出图片下面的洋文作为收场吧，他说：一旦我们进入 下一个层次，我们将会看到什么，我们又将会知道什么？
十亿光年
现在我们把视野缩小 10 倍，宇宙看起来还是空空如也，“星”光点点。可 是，那些点点斑斑的真的是星么？
一亿光年
把眼光再降低一个数量级，那些点点看起来依然象是星星
一千万光年
近些，再近些。我靠！什么呀，这么面熟？这就是你所说的“星星”么？ 是星星，一堆星星。我们管它叫银河系。
一百万光年
在 10 万光年这样的数量级下，我们就看见了整个的银河系。事实上，银河 系的直径就是十万光年。真有哪位能发明个跟光速一边快的飞船，从银河系的 这边飞到对面来个大吊角，就要十万年的时间！我靠，在这样漫长的旅程来看， 人生不过朝生暮死，蜉蝣一般。但这只是对相对于银河系静止的观测者而言， 船上的人员感受到的旅程其实只有数分钟。相对论呀，深了去了。
1 厘米 再近些...
1 毫米 手上的毛孔，就是没有毛，毛呢？
0.1 毫米 更近点,是不是有点像深山大裂谷?
10 微米
一个细胞的数量级就是 10 微米，当然这只是一般来说。插句嘴， 世界上最大的细胞是鸵鸟蛋，它是一个单独的卵细胞，数量级是分米 级的，厉害吧。
1 微米 疑似生物课上学过的细胞核膜，细部。
从宏观宇宙到微观世界层次
感受震撼：世界从十亿光年到 0.1 飞米
十亿光年，是一个什么概念呢？ 光年，光走一年的路程。光速！它是速度公认的极限，每秒 299792458 米， 能在眨眼间绕地球七圈半。看见么，就这么快的光，让他跑个一年，所度量出 来的距离就是一光年了。现在各位都来动手算算它，这一年是 31536000 秒，一 秒跑 299792458 米，乘出来就 9454254955488000 米，约等于十万亿公里吧。
十万光年
我们的太阳系位于银河系螺旋翼内侧的边缘，距离银河系中心大约 2.5 万光 年。于是，我们把视野收回到 1 万光年的数量级，聚焦在银河系若干触角般螺 旋翼中的一条上面。
一万光年
一千光年 密密麻麻啊
一百光年 还是密密麻麻的
在 10 万光年这样的数量级下，我们就看见了整个的银河系。事实上，银河 系的直径就是十万光年。真有哪位能发明个跟光速一边快的飞船，从银河系的 这边飞到对面来个大吊角，就要十万年的时间！我靠，在这样漫长的旅程来看， 人生不过朝生暮死，蜉蝣一般。但这只是对相对于银河系静止的观测者而言， 船上的人员感受到的旅程其实只有数分钟。相对论呀，深了去了。
0.1 皮米
走近点，这就是传说中的原子核了。10 的－12 次方米叫做一皮米。 在 0.1 皮米的数量级下看原子核就可以看出很多个球球来，它们是带 正电的质子和不带电的中子。
10 飞米 原子核的特写。
1 飞米
质子（也可能是中子）的细部，乱七八糟一大片。未知的结构， 未知的领域，那里属于上帝。
0.1 飞米
0.1 微米
一看这么高度螺旋的结构就知道是染色体了。底下的洋文说：但 凡人类的细胞，里面都会有 23 对染色体。
100 埃
埃是一种长度单位，指 10 的－8 次方米。看到这个规则的等距双 螺旋结构，我想你一定知道这种物质就叫做脱氧核糖核酸，也就是常 说的 DNA。分子结构清晰可见。
1 纳米
现在为材料科学炒得火热的纳米技术就是说很多物质精细到纳 米级后将表现出很多在常规数量级上所表现不出的性质来。在纳米这 样的数量级下，我们连原子都可以数清了。
当我们看到十亿光年以外的星星时，映入我们眼帘的那束星光已经在茫茫 宇宙间飞奔了十亿年。换句话说，我们现在看到的仅仅是它十亿年之前的样子！ 现在的它 究竟如何我们只有再等待十亿年才能看到……下面这张图是在十亿 光年这样的数量级下观测宇宙，上面的每一个象素点所表现的事物都是无比古 远的。宇宙的无穷无尽，停留在纸上，今天，让我们用自己的眼睛来体验！