1從宇觀世界到微觀世界

1、從宇觀世界到微觀世界作者：郭奕玲沈慧君 文章來源：作者惠賜 點擊數(shù)：囚1459更新時間:2008-1-9清華大學物理系郭奕玲沈慧君大至宇宙小至粒子無不遵循物理規(guī)律物理學是探討物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)和運動基本規(guī)律的學科。從研究對象的空間尺 度來看，大小至少跨越了45個數(shù)量級。人類是認識自然界的主體，我們以自身的大小為尺度規(guī)定了長度的基本單 位一一米（meter）。與此尺度相當?shù)难芯繉ο鬄楹暧^物體，以伽利略為標志，物 理學的研究是從這個層次上開始的，即所謂 宏觀物理學。19、20世紀之交物理學家就開始進入到物質(zhì)的分子、原子層次，這相當于10-9-10-10m，在這個尺度上物質(zhì)運動服從的規(guī)律與宏觀物體有本質(zhì)的

2、區(qū)別，物理 學家把現(xiàn)代宇宙學相對論粒子物理學量子理論可規(guī)測到的字宙10瞧 很何系1021*木陽系10ls*帕球10,米14彗殼1（）米原子!0_分子、原子，以及后來發(fā)現(xiàn)更深層次的物質(zhì)客體（各種粒子，如原子核、質(zhì)子、中子、電子、中微子、夸克等）稱為微觀物體。微觀物理學的前沿是高能或粒子物理學，研究對象的尺度在10-15m以下，是物理學里的帶頭學科。20世 紀在這個學科里的輝煌成就是60年代以來逐步形成了粒子物理的標準模型。近年來，由于材料科學的進步，在介于宏觀和微觀的尺度之間發(fā)展出研究 宏觀量子現(xiàn)象的一門新興的學科一一介觀物理學。此外，生命的物質(zhì)基礎(chǔ)是生物大分子，如：蛋白質(zhì)、DNA，其中包含的原

3、子數(shù)達104105個之多，如果把纏繞盤旋的分子鏈拉直，長度可達104m的數(shù)量級。細胞是生命的基本單位，直徑一般在10-510-6m之間，最小的也至少有10-7m的數(shù)量級。從物理學的角度看，這是目前最活躍的交叉學科一一生物物理學的研究領(lǐng)域。現(xiàn)在把目光轉(zhuǎn)向大尺度。 離我們最近的研究對象是山川地體、 大氣海洋， 尺 度的數(shù)量級在103107m范圍內(nèi)，從物理學的角度看，屬地球物理學的領(lǐng)域。擴大到日月星辰，屬天文學和天體物理學的范圍， 從小行星到太陽系、銀河 系，從星系團到超星系團，尺度橫跨了十幾個數(shù)量級。物理學最大的研究對象是整個宇宙，最遠觀察極限是哈勃半徑，尺度在10261027m的數(shù)量級。宇宙學實

4、際上是物理學的一個分支，當代宇宙學的前沿課題是宇宙的起源和 演化，20世紀后半葉這方面的巨大成就是建立了大爆炸標準宇宙模型。這個模 型宣稱宇宙是在一百多億年前的一次大爆炸中誕生的，開初物質(zhì)的密度和溫度都極高，那時既沒有原子和分子，更談不到恒星與星系，有的只是極高溫的熱輻射 和在其中隱現(xiàn)的高能粒子。于是，早期的宇宙成了粒子物理學研究的對象。粒子 物理學的主要實驗手段是加速器，但加速器能量的提高受到財力、物力和社會等 因素的限制。粒子物理學家也希望從宇宙早期演化的觀測中獲得一些信息和證據(jù) 來檢驗極高能量下的粒子理論。就這樣，物理學中研究最大對象和最小對象的兩 個分支一宇宙學和粒子物理學，竟奇妙地銜

5、接在一起，結(jié)成為密不可分的姊妹學 科。下面，讓我們一起在諸多圖片的導引下，開始一段從宇觀世界到微觀世界 的奇妙旅程吧！ 作者：郭奕玲沈慧君 文章來源：作者惠賜 點擊數(shù)：331460更新時間：2008-1-9曠點如我中方十;空空星猶其小大看是滿大圖寸了太等繁，埃將的放來舊點放尺減數(shù)，點塵們間塊倍仍星每倍的縮個+像就一級2410米 ,大約 為100兆光年 這是 室女星 系團。上一頁12345 6 7 8 9 10 .下一頁作者：郭奕玲沈慧君 文章來源：作者惠賜 點擊數(shù)：B1461更新時間:2008-1-91023,大約為10兆光年. 其中有一個亮點被光圈罩住是我們的銀河系，亮點實際是由億萬顆星星組

6、成的。殼點o10 米義 們 的銀 河 系前 太 陽只 是 方框 中 的個點上一頁1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 .下一頁10口 米，方框里的昏暗的星星有我們的太陽系 ,右下角 明亮的星 是牧夫座 的大 角 星 ,距地球 約36光年作者：郭奕玲沈慧君 文章來源：作者惠賜 點擊數(shù)：巨1462更新時間:2008-1-9米是系內(nèi)是、和。涉髓從器琵饕上一頁12345 6 7 8 9 10 .下一頁作者：郭奕玲沈慧君 文章來源：作者惠賜 點擊數(shù)：匡1463更新時間:2008-1-9長是系星”的球米框了二疋的。9方住球圍球作者：郭奕玲沈慧君 文章來源：作者惠賜點擊數(shù)：匡1464更新時間:2008-

7、1-9IO?米，從人造衛(wèi) 星上拍攝 到的地球 表面圖。地球表面一覽無遺的云、深色的海、綜色大地 ,一直在 向東旋轉(zhuǎn):藍藍的天、白白1(/米,從人 造衛(wèi)星上拍攝到的地球表面圖，這是美國的密芝根湖.IEIIO米， 從人造衛(wèi) 星上拍攝 到的地球 這是美國 的密芝根 湖.湖畔 是一片密集的城鎮(zhèn)。上一頁123456 7 8 9 10 .下一頁作者：郭奕玲沈慧君文章來源：作者惠賜 點擊數(shù)：囚1465更新時間:2008-1-94驚餾叢鑫鷲臥10，大，了城這國的一加，十到中停游碼框3 K h 10再倍在一和艇方中塊*場小。準-。心車船頭對的坪:IO?米,.再放大l-r i十倍,鏡頭對著草坪中央.旁邊是高速公路

8、和碼頭。上一頁12345 6 7 8 9 10 .下一頁作者：郭奕玲沈慧君 文章來源：作者惠賜 點擊數(shù)：B1466更新時間:2008-1-9101米,在十米 見方的草 坪中央， 躺著一個 年青人.0米他在睡一手在前”是體尺 OO，正酣，只擺胸，米正人的度在 一 分米 見 方的 鏡 頭中 出 現(xiàn)了 青 年的手.上一頁12345 6 7 8 9 10 .下一頁作者：郭奕玲沈慧君 文章來源：作者惠賜 點擊數(shù)：匡1467更新時間:2008-1-91現(xiàn) 用放 頭拍 放倍O ，改 微譙 行十1米 在顯 大進 攝大米，用 光學顯 微鏡看 到人體 皮膚結(jié)構(gòu)._41米，即1 0 0微米. 再放大十倍， 我們進

9、入了另 一個奇 異世界 ,和遙 遠的星 際空間一樣不上一頁12345 6 78 910 .下一頁作者：郭奕玲沈慧君 文章來源：作者惠賜 點擊數(shù)：B1469更新時間:2008-1-9米，即1微米 ,進入 皺褶的 淋巴細胞， 面 對著 gJSt層 保護膜 , 膜內(nèi)豉右細 胞核.一71 0米 , 在細胞核 中有韭常長 的分子這 就ADN A（脫氧核#唐 核酸） 分子 ,線長達好幾厘米.毎 個人體細胞 核中，每46個染色體 都儲黃這樣 根DNA線.上一頁12345 6 7 8 9 10 .下一頁作者：郭奕玲沈慧君 文章來源：作者惠賜 點擊數(shù)： 國1470更新時間:2008-1-991 0米， 再放大十

10、倍 ,看到子 須E列成積木 狀， 形成遺傳佶息.鏡 頭對準的是 一個CH4分子， 中間 的碳原子與三個氫原子 牢牢地結(jié)合 在一起. 還有一個氫 原子在背后.1 ()7米f在原子 尺度內(nèi).電子的電 荷密度形 成云，這是一個碳上一頁11 12 13下一頁作者：郭奕玲沈慧君 文章來源：作者惠賜 點擊數(shù)：匡1471更新時間:2008-1-9原子.: /. -. .;: 2 ;$：&、*二v 、y *0一米又放大: -鑿:9十倍.這 是碳原子 的兩個內(nèi)層電子之 間的區(qū)域 ,顯示了電 子 云 的 分布。中心冇 個圓點,這就是原 子核，這 是碳核.曠，踉天 空中的星 星何等相 似！1 0一米,儻頭進 入原子內(nèi)部.我們 看到在空曠的空間很空T310泳 ,又放大了十 倍，我 們可以清楚地 看到碳 原子雖 然微4、.卻有 其獨特 的結(jié)構(gòu)上一頁11 12 13下一頁作者：郭奕玲沈慧君 文章來源：作者惠賜 點擊數(shù)：B1472更新時間：2008-1-91 o1V,再放大十倍,