亚原子世界的尺度

我们的感官只对世界中一条狭窄的频段敏感：大致介于一粒沙和一座山之间的东西，持续时间大致介于一次心跳和一生之间。亚原子世界远在这一频段之下，其尺寸、时间和能量离日常经验如此遥远，以至于普通的数字不再有意义。为了找到方向，物理学家用「数量级」来思考——数的不是事物的精确大小，而是零的个数，也就是十的幂次。

一个数量级就是十倍，所以相差六个数量级的两样东西，相差一百万倍。粒子物理学中的数字令人咋舌。一个原子直径约为十亿分之一米的十分之一；它的原子核又要再小十万倍；而一个夸克或电子，远在那之下也显示不出任何大小。时间同样极端：最重的粒子在不到十亿亿亿分之一秒内就衰变掉。而这些彼此关联——抵达更小的尺寸需要更高的能量，所以最微小的距离要在最庞大的机器上去探索，那里能量和长度坐在同一把尺子的两端。

用尺度来思考之所以重要，是因为这是把亚原子世界保持在恰当视角、并看清它为何必须以现在这种方式来研究的唯一办法。它解释了为什么你需要一台数公里长的加速器，去探测比原子还小十亿倍的距离，也解释了为什么有些过程罕见到一万亿次碰撞才发生一次。它还培养出一种健康的谦卑：我们能抵达的尺度，与可设想的最小尺度（引力与量子相遇之处）之间的鸿沟，本身就有许多个数量级——这提醒我们，自然界仍有多少东西躺在我们的仪器之外。