談談空間的尺度

中國農業的學應用物理系

讀者趙藝婷問：“老師在課堂上說光年是一個長度單位，那么，它和另一個長度單位即天文單位有何關系？此外，是否還有更大的長度單位？”這位同學說得很對，光年是一個長度單位，它定義為光在真窄中傳播一年所行的距離，稱為1個光年，其符號為“l.y.”.我們知道光在真空中的傳播速度約為每秒30萬千米（精確值為299792.458km/s），所以1l.y.=9.46xl0'2km≈l016m.

由于大多數天體之間的距離非常遙遠，若用“km”作為單位來表示它們之間的距離，數字會顯得很大，使用起來極不方便.例如，距我們大陽系最近的一顆恒星是比鄰星，距地球約為4.Oxl013km.這不僅寫起來麻煩，而且不易讀.如果用光年表示這個距離就顯得小多了，它為4.24l.y..牛郎星距地球約為161.y.，織女星距地球約為27l.y.，而牛郎星與織女星相距約為14l.y..以上所說的比鄰星、牛郎星和織女星均屬于銀河系內的恒星.

比光年大的單位為“秒差距”，其符號為“pc”.1pc=3.262l.y.，或者說11.v.≈0.3 pc.我們人類所處的太陽系是銀河系中的很小一部分，銀河系的直徑約為2.5 x103pc.距銀河系最近的星系（小麥哲倫云）與銀河系的距離約為5xl04pc.根據當前的觀測技術，可測宇宙范圍約為1.5xl010l.y.（約1.42xl026m）.

太陽系是銀河系中的很小一部分.所以太陽系內天體間的距離常用比光年小的單位，即天文單位，其符號為“AU”，它定義為太陽與地球之間的距離，1AU≈1.5xlollm.lAU大約是地球半徑（6374km）的2萬余倍，

以上敘述的都是天文學上的空間大尺度單位.在人類科學研究的領域還有許多極小的空間尺度.例如，細菌或典型的真核細胞的直徑為10-5m的數量級.細胞的最小直徑為10-7m，它比原子的直徑l0-lom大3個數量級.而原子核的直徑比原子小4—5個數量級，即原子核直徑為10-14～10-15m.原子核由核子（質子和中子）組成，核子直徑和原子核直徑有相同的數量級.

由以上的敘述可看出，人們所研究的對象最小的空間尺度為10-15m，而最大的空間尺度為1.42x1026m，其間從10-15m經過loom到1026m，共有42個數量級.endprint