“你想听听有史以来最史诗的故事吗？”
这就是《可缩放的宇宙》（2017年10月，《大众科学》/FSG）的开篇语，这是一本由天体物理学家卡勒布·沙夫和艺术家罗恩·米勒合著的新书，它是一次对几乎一切事物的游览。“史诗故事”讲述的是138亿年前大爆炸后立即产生的原子，如何从我们星系中散布的遥远、早已逝去的太阳的核心汇聚在一起，最终结合成我们熟悉的地球——变成蘑菇、三叶虫、树木，当然，还有亲爱的读者，你。
正如我们地球本身只是银河系中可能存在的数千亿颗行星之一一样，这个开篇故事只是沙夫和米勒更伟大、更宏伟目标的一小部分：将我们关于自然界的全部知识浓缩成一本200页的插图书籍。当然，这并不意味着将维基百科的全部内容以微型字体复制到光面纸上；他们采取了一种更优雅的方式，精心制作了一本宇宙游记，以数量级的跃迁方式跳过所有已知的存在尺度，从可观测宇宙的外部极限到基本粒子的量子世界。这是一个经久不衰的公式，至少可以追溯到查尔斯和雷·埃姆斯1977年的开创性电影《十的次方》，但它已针对21世纪进行了更新，加入了来自各个尺度科学前沿的新发现。
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《大众科学》与沙夫讨论了他的书、他的研究过程以及真正理解宇宙广阔尺度意味着什么。
[以下是采访的编辑文本。]
这本书从根本上讲是关于什么的？
首先，它不仅仅是关于尺度的。它是关于我们在过去一百年左右对宇宙所了解的一切，而不仅仅是行星、恒星和星系之类的东西，还包括现实的基本物理基础。这是一个高度视觉化且易于理解的呈现，旨在使读者了解最新情况：简而言之，我们所了解的关于一切事物的所有信息。但在更雄心勃勃的意义上，我觉得这本书是为未来要讲述的故事提供了一个跳板，是编纂我们不知道的东西的开端。这绝不是一个整齐的总结。物理现实的故事可以用不同的方式书写，并且未来可以而且将会被改写。我希望这本书能在某个地方激发读者提出下一系列问题，并导致这个故事被修改和重新讲述。
您对这个项目最感兴趣的是什么？
有很多事情。既有项目本身的细节和机制：如何在整个宇宙中选择这次旅程的地点，跨越63个数量级，从非常大到非常小？然后，在真正更宏观的层面上，将我们对物理世界的知识总结成一些页面上的文字和图片，这个想法很有趣。现在，我认为大多数人都听说过星系有多么巨大，或者量子领域有多么微小。但是，将所有这些都放在一个地方——也许这并不常见。这很特别。我喜欢留下正确的线索，讨论我们不知道的所有事情。
考虑到所涵盖材料的广度，其中一些内容肯定超出了您在物理学和天文学方面的专业知识。在写这本书时，您是否对您学到的任何东西感到惊讶？
确实有这样的时刻。这里有一个更长的例子：《可缩放的宇宙》的一个重要决策点是选择在哪里设置缩放的中心点，在那里我们展示我们人类最熟悉的事物。因此，查尔斯和雷·埃姆斯最初的《十的次方》展示从一对躺在芝加哥公园野餐毯上的夫妇放大和缩小。这很棒，但我希望摆脱以西方为中心的观点，选择地球上的其他地方，而且我不想只关注人类。所以我最终将中心点定为非洲大裂谷中行走的一群大象，放大到一只站在大象背上的鸟，它正在吃大象皮肤上的虱子，然后放大到虱子复眼附近一根胡须上的花粉粒中的细胞，等等。但我们不只是在这里讨论多层生物系统——这也是讨论思想和意识的地方，因为大象是非常聪明的生物。因此，我们决定制作的一个突破性图形是关于“世界的大脑”的双页跨页，以彼此成比例的方式显示不同物种的大脑，并提供有关每个大脑包含多少神经元以及我们如何将所有这些与认知能力联系起来的一些信息。
让我惊讶的是，收集这些信息是多么困难。我们甚至不确切知道人脑中有多少神经元。当我开始整理数据时，我采用了几乎到处都出现的数字：一千亿个神经元。事实证明，这不是真的——更像是860亿个神经元——但即使这个数字也在不断被修改，而且这甚至没有涉及到其他物种的大脑！从本质上讲，我是一个物理学家，物理学家想要量化和计算基本的东西：“好吧，我们有一个大脑。里面有多少神经元？有多少细胞？”我逐渐意识到，在某种程度上，许多生物学家并不认为这种方法有用。
我最终对此着迷了一两个星期，试图找到正确的数据来获得图形数据；然后想知道这些数字，无论是否准确，是否真的告诉我们任何有用的信息——比较蜜蜂的神经元数量与老鼠或人类的神经元数量有多大意义？
是的，所以当您试图总结我们所有的知识时，您最终会更好地了解差距——不仅在我们所知道的知识中，而且在不同的科学学科如何看待和研究世界中。有趣的是，这些紧张关系在您这本关于尺度的书中出现了。许多人可能会认为像这样的书只是关于空间和物理学的。但您刚刚描述了它如何包含更多内容。
嗯，当我开发这本书的叙述时，我非常清楚我必须将各种各样的主题联系在一起，而且我知道一种方法可能是吸引在每个尺度上起作用的不同物理力，并且也吸引读者已有的知识。因此，在宇宙的宏观尺度上，引力是值得讨论的东西——它将质量拉在一起，人们很熟悉它的影响，而且当然，它在每个尺度上都起作用，尽管其他力在更小的尺度上变得更加重要。但引力可能不是谈论行星或生命的最好或唯一的方式，对吧？因此，例如，也许谈论能量如何在宇宙中移动和耗散更好。地球形成于四十多亿年前，从那时起它就一直在努力冷却。除了它一直受到太阳辐射的轰击，通过谈论这一点，我可以讨论生命如何作为全球热力学过程的一部分而存在。像这样的书允许您探索所有这些从我们知识的主干道和高速公路延伸出去的小街道和胡同。所有这些分支是否反映了足够的现实？我不知道，但它们肯定反映了我们如何构建它的图景。
说到小街道，这里有一条可以深入探讨的：有时我们知识中明显的“差距”实际上只是向我们展示了某种事物的真正、根本性的缺失，而不是我们的无知。例如，在书中您放大到原子内部的部分，似乎原子中的电子和原子核之间有大量的空的空间。因此，人们可能会想——这个空隙是否反映了我们不知道的事情？还是真的什么都看不到？
当我写这本书并与我的合作者罗恩·米勒计划插图时，我注意到了这一点，我考虑到了尺度的线性进展。我们处理的第一章是关于行星的，因为我们想从一个视觉丰富的 主题开始协作过程。这部分对我们来说很自然。但是后来，当我们进一步向下走，到达原子内部的尺度时，我们到达了这个地方，正如你所说，你在一个原子中。现在你正在通过这个空隙向下、向下、向下缩放，直到原子核、质子和中子，而且没有什么可说的。也没有什么可以说明的！
这突出了一个你可能以前听过的反直觉的说法，即从非常真实的物理意义上讲，我们主要是空虚的。当你坐在那里看着基本上是空白页的插图，说“好吧，我们可以在中间放一个小点，只是为了让读者知道接下来会发生什么吗？”时，这一点肯定会被强调出来。
你问这是否仅仅是我们知识上的空白，还是事情本就如此。如果事实如此，从美学的角度来看，这似乎令人感到悲哀，但原子的空虚也反映了在更小的尺度上似乎存在的其他空隙。在书中，当我们向下缩放至量子领域时，我们最终会到达一个标记为 10-18 米的页面，这个尺度使我们深入到质子内部，进入更基本的粒子——夸克和胶子。然后你翻过这一页，我们突然跳跃了 17 个数量级，到达 10-35 米，也就是我们所说的普朗克尺度。根据我们对物理定律的理解，在这个尺度上，不确定性导致位置和持续时间的概念失去所有意义，时空本身可能会分解成一个概率性的“量子泡沫”，其中虚粒子和场不断地涌现和消失。但我们真的无法对此说得更多——或者我们跳过的所有那些数量级——因为我们根本不知道。
我们曾考虑过以每页一个数量级的方式来包含这些额外的数量级——也就是增加 17 页。但我们不知道用什么来填充这些页面，除了抽象的、推测性的可视化内容。然后我们考虑过直接包含 17 页空白页。你知道，只是翻，翻，翻，翻，来强调这种空虚感。最后，我们只是跳过了这些尺度。书的结尾有一个很大的图表，显示了本书涵盖的所有尺度。最后的那些尺度也在那里，但它们是空白的。我们在书中并没有对此大加渲染。但它就在那里。也许一些读者会看到它并对此作出反应，这正是我希望发生的事情。也许某个聪明的 12 岁孩子会读到它并想：“等等，这些白痴把最重要的部分遗漏了！”这本书确实留下了一些关于我们可能遗漏了什么的线索。
想想那个显示本书所有尺度的巨大图表，从量子泡沫到可观测宇宙的外部边界，我们可以在统一的图表中绘制出 63 个数量级，这已经令人印象深刻了。但真的有人能够掌握这一切吗？你能在脑海中同时把握所有这些尺度作为一个整体，并以任何有意义的方式理解它们的总和吗？
我必须承认，我无法掌握这一切——不，我甚至很难理解它的一小部分。在生活中，你可能会辨识出不止一个数量级尺度的叠加，但这些经历很少见——站在埃菲尔铁塔下，徒步穿越大峡谷，抬头看着日全食，看到星星出现。但是，是的，大多数时候我并没有在感官上感受到它——我只是看到页面或屏幕上的数字。从非常自私的角度来说，我想整本书有点像一个实验，看看我是否能够收集所有这些信息，从而获得那种敬畏感和视角感，并希望为其他人创造一种也能获得这种感觉的方式。
除了敬畏之外，你认为对这些尺度的沉思应该让我们这些人类，作为在宇宙中漂流的微小意识火花和准空虚的存在，在稳步滑向更深层次熵的宇宙中，应该有什么感觉？我们是否注定要在广阔而毫无意义的宇宙中感到冷漠和渺小？你能只想着量子泡沫和多元宇宙，然后突然觉得早上上班路上踩到一大块口香糖也没什么大不了的了吗？
哇！嗯，我可以看到我们在尺度上的微不足道，我也能看到我自己的渺小。但我猜我宁愿成为一个广阔而迷人的宇宙中的一个微小的斑点，也不愿成为一个臃肿的中心肿块，让其他一切都围绕着它旋转。[ 那样会把你框在一个盒子里，对吧？如此渺小——被如此大的事物和如此小的事物包围——这意味着有更多东西需要探索。对我来说，想到在这无边无际的浩瀚中，我们竟然设法存在于此，这实际上是令人振奋的。所以，如果我们的存在仅仅是由于某种量子涨落呢？这又为什么会改变我们的感受呢？当然，在真正宏大的尺度上，我们甚至都不真正存在——我们从其他地方借来了某种东西，总有一天，那种东西会消失，我们也会随之消失。
但是，你知道，我们现在仍然在这里。我们可以写这样的书。我们可以构建故事，而作为一种宇宙现象，这可能非常独特。我的意思是，生命可能在宇宙中的各个地方都存在。我们还不知道。但是，这种不仅能交流，还能想象和做梦的能力，即使对于智能生命来说，也可能有点特别。蜜蜂和蚂蚁以某种语言相互交流。在某些方面，它们集体非常聪明。但我认为它们不会像人类那样互相讲述史诗般的幻想，或辩论它们对现实的解读。从这个意义上说，我们可能属于一个非常特殊的类别。我想，这可能是一个令人欣慰的想法。