01. 世界到底有多大—神秘宇宙和微观世界（上）

大家好，我是淼叔，今天我们开始正式地讲，讲给孩子的三体中的物理学第1节，也就是我们整个教程分为8章，每一章分为4节，这是第1章向物理出发的第1节，世界到底有多大神秘的宇宙和微观世界。那么当我们仰望星空的时候，我们不免会觉得这个世界是非常神秘的，同时又是非常壮观的。当然，当我们俯视大地的时候，同样我们感到一切除了亲切之外，也有神秘感，为什么花是红色的？为什么大地上布满了动物和植物？动物和植物又是怎么起源的？

那么经过科学家几个世纪的孜孜不倦的研究，科学家发现世界其实是有道理可循的，也就是说我们是可以理解这个世界的，尽管宇宙非常大，宏大到不可思议，我们后面会接着说宇宙到底宏大，大到什么程度！同时有这种丰富多彩的东西，又是由一些简单的构成组份所形成的。那么在上世纪60年代，有一个美国的著名物理学家叫费曼，英文叫Feynman。Feynman有一句名言，他说万一我们为了防备世界毁灭，如果我们要给未来的人类留下一个知识量含量最大的一句话，那么这句话是什么呢？

或者说假如只允许把人类的科学史压缩成一句话，他就是一切都是一切东西都是有原则构成的。那么在这个世界里有宏大的宇宙，宇宙里面有很多像我们银河系一样的灿烂的星系。那么我们银河系是一个典型的、普通的、不能再普通的由很多个太阳所组成的星系。那么我们又生活在一个太阳这样的这个恒星系里面，当然我们要区分什么叫星系是恒星系。当我们说到星系的时候，是一个由上千亿个或者是至少有上百亿个恒星，像太阳一样的恒星所组成的一个系统。当我们说到恒星系的时候，基本上有一个恒星或者是几个恒星组成的一个紧密的系统，这里面也许还有像地球一样的行星。当然除了地球之外，我们知道我们的核心星系也就是太阳系里面的有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、还有其它的小行星。当然如果我们旅行到太阳系的尽头，我们会看到很多的彗星聚集的地方，这个叫做奥特星云，也就是我们太阳系的边缘。

从太阳发出的光照到太阳系的最边缘，也就是奥特星云需要多长时间要一光年，也就是说太阳要整整旅行一年的时间才能走到它的边缘。那么话说回到地球，月球行星、银河系的分子云、太阳恒星，我们都知道它们都是由原子所构成的，所以半个世纪多前，费曼在当时说的这句话是对的，但是今天我们回过头去看，实际上宇宙中还含有我们不太了解的东西，也就是说如果我们把宇宙看成由一些形态不同的能量所构成的一个巨大的世界的话，这些不同形态的能量，那么原子分子只占多少呢？占了不到5%，严格说也就是在4.8%~4.9%之间。

那么你就问了，其余的是什么？我们现在知道大约25%是类似我们原子的，但是他又不发光的物质，它永远也不会发光，这些物质由于不发光，我们把它叫做暗物质。最神秘的能量组份叫什么？叫做暗能量，它既不会发光，同时又不产生万有引力，但是它占了宇宙的组份差不多是3/4左右，你看整个宇宙其实是有不可知的能量和物质所组成的，而我们可见的物质也就是说组形成恒星，形成地球这些天体的物质只占了不到5%，也就是不到1/20。

换句话说，假如你们班有20个人，你是物质的话，那么这样的形容大概就比较恰当了，其他的人都是非物质，那么回到原子这个话题，原子是非常小的。那么原子要小到什么程度？我们打个比方，如果我们把一个氢原子把它放大1亿倍，1亿倍我们有没有概念？那么中国有14亿人口，基本上就给到大家的概念了，那么一亿倍是什么意思？大概的人口就是北京或者上海的人口的4倍，回到原子，我们把原子放大到1亿倍，这个时候原则是可见的了，大概是我们的指甲盖，那么大小也就是这么大。

其实原子好像看起来放大到一亿倍，有指甲盖大小，但是我们在认真的看这个指甲盖，我们发现里面几乎是空的，只是中间有一个小白点，叫原子核，小白点几乎肉眼也不可见，为什么呢？因为它的尺寸比我们指甲盖还要小到1/10万，几乎是不可见的。所以你看看整个地球有很多原子所构成的，可是原子中间是几乎是真空的，只有一点点地方是被原子核所占据，而这个是原子的主要的质量来源原子核，当然外面还有环绕原子核飞舞的，质量更加小的电子，我们今天暂时不谈。