与 920 亿光年宽的可观测宇宙相比，人类是如此的微小。那么我们又该如何理解如此大的尺度呢？
（图片来源：The Millennium Simulation，V. Springel等人。）
该模拟显示了暗物质的宇宙网及其形成的大规模结构。存在正常物质，但仅占总物质的 1/6。与此同时，物质本身只占整个宇宙的 2/3，剩下的是暗能量。不可观测的宇宙必须至少延伸到我们可以看到的可见宇宙范围的 400 倍，这意味着我们 920 亿光年直径的宇宙还不到最小体积的百万分之一 。
关键要点
在地球上，人类在日常生活中通常会遇到小至一毫米或大至几公里的尺度。
但宇宙本身，即使仅限于可观测的部分，也有 920 亿光年的尺度。
我们似乎很难理解这样的尺度，但我们可以用有限的经验尽可能地去理解它。
在地球上，人类以米为单位存在，人类的平均身高略低于两米。我们日常生活中接触尺度的范围大概是小至毫米尺度或更小一点，大至几千米尺度。然而，想要理解大尺度的宇宙，我们必须停止以我们所经历的常规尺度来思考世界，并且必须要变得非常抽象；因为宇宙本身完全超出了我们日常所熟悉的范围，也超出了我们的感官能够感知和理解的范围。
但是整个宇宙呢？考虑到我们作为人类的局限性，有没有什么办法可以理解如此令人印象深刻的规模？
这是一个非常好的甚至是非常重要的问题，因为当一些事情让人觉得难以理解时，它就会变得更加难以理解。既然宇宙构成了我们，而我们作为宇宙的一部分而存在，我们应该在其中感到宾至如归。
（图片来源：Pablo Carlos Budassi ）
艺术家对可观测宇宙的对数尺度概念。太阳系让位给银河系，银河系让位给附近的星系，然后让位于外围的大尺度结构和大爆炸的炽热、致密等离子体。我们可以观察到的每条视线都包含所有这些时期，但在我们绘制出整个宇宙之前，对最远观测物体的探索将不会完成。随着新的一年过去，又有数万个星系可能变得可见。
毫无疑问，对于我们中的许多人来说，直接进入跨越数百亿光年的如此宏伟的大尺度会让人感到不知所措。想一想，要理解我们的组件所处的微观、分子和亚原子世界的微小程度是多么难以理解，毕竟，这些世界的水平越来越小。如果你在显微镜下检查你的身体，你会发现你主要由细胞组成：结合在一起并在你的各种系统中移动以执行一系列宝贵的生命过程的生物单位；总而言之，一个典型的成年人体内大约有 80-100 万亿个细胞。
然而，细胞本身——通常只有几十到几百微米大小本身由更小的成分组成：细胞器、细胞质，以及各种蛋白质、核酸和其他简单和复杂的分子。分子本身由直径仅为 100 皮米的原子组成，而原子由点状电子组成，这些电子绕着只有约 1 飞米宽的原子核运行。原子核由质子和中子组成；它们中的每一个都是由点状的夸克和胶子组成的，虽然我们知道电子、夸克和胶子不超过大约 10^ -19米，但它们确实可以一直缩小到无限小的尺度。
（图片来源：Magdalena Kowalska/CERN/ISOLDE 团队）
从宏观尺度到亚原子尺度的旅程跨越了多个数量级，但小步往下走可以使每一个新的尺度都更容易从前一个尺度进入。人类是由器官、细胞、细胞器、分子、原子构成的，然后是电子和原子核，然后是质子和中子，然后是它们内部的夸克和胶子。这是我们探索自然的极限。
关于我们的组成部分，我们可以陈述许多真实、有趣但难以理解的事实。例如：
人体的大部分质量仅由约 4 万亿个细胞构成，这些细胞构成了我们的肌肉骨骼系统、结缔组织和内脏器官。另外约 40 万亿细胞只是流经我们身体的血细胞，约 50 万亿是生活在我们消化道中的细菌细胞——甚至不是我们自己的身体制造的。
总而言之，人体中有将近 10 ^28个原子，以及构成我们每个人的近 10^ 29个亚原子粒子。这些数字是巨大的：大约是宇宙中恒星总数的 10-100000000 亿倍。
如果你决定用中子来填满一个成年人的体积，你将能够在里面容纳超过 10^ 43个中子，总质量约为 20 万亿吨。
我们几乎没有什么可以帮助我们理解与我们熟悉的数字或尺度截然不同的数字或尺度。但是对于夸克来说，质子是可以理解的。对于质子或中子，原子占据了可及的尺度。对于原子来说，分子只是大了一点点。对于分子来说，细胞器并没有那么糟糕。对于细胞器来说，细胞只是大了一个合理的数量。对于细胞、骨骼或器官而言，触手可及。人体很容易由这些组成。要了解规模宇宙，我们只需要一次建立一点。
（图片来源：NASA/Karen Nyberg ）
这张由宇航员卡伦·尼伯格 (Karen Nyberg) 于 2013 年在国际空间站拍摄的照片显示了马斯克林高原南部最大的两个岛屿：前景中的留尼汪岛和部分被云层覆盖的毛里求斯岛。要从国际空间站的高度看到地球上的人类，需要哈勃望远镜大小的望远镜。人类的规模还不到地球的1/5000,000，但地球只是宇宙海洋中的一滴水，直径只有10,000多公里。
最方便的开始方式之一是从人类的规模到地球的规模。虽然地球与人类相比相当大，但一次建造一点似乎也不错。人类有能力攀登高山，而高山很容易就高出海平面数公里。如果你乘坐热气球或飞机上升，你可以达到几十公里的高度。乘坐太空船，您可以逃到地球大气层之上，达到数百公里的高度，与人们在国际空间站看到的高度相当。
当你离地球越来越远时，你就会看到它的真正含义。它是一个旋转的近球形球体，直径约 13,000 公里。从几十公里开始，你就可以看到它的曲率，几千公里以外，你可以一次把一个半球的星球拍下来。与人类的规模相比，地球非常大，但人类已经冒险离开地球足够远，以准确地获得这种观点，感受到一种被称为总观效应的现象：威廉夏特纳在 2021 年去太空时哭泣的原因。
（图片来源：NASA/MESSENGER ）
NASA 的 MESSENGER 航天器在离开地球附近时显示的旋转地球。从几十公里的高处，可以看到地球的曲率；从几千公里以上，可以看到整个地球半球。
然而，与我们太阳系中的许多其他天体相比，地球处于较小的一边。天王星和海王星各自的直径大约是地球的四倍，而木星和土星的直径大约是地球直径的 10-11 倍。太阳——我们太阳系中最大的物体——直径达到惊人的 140 万公里：大约是地球直径的 109 倍，能够容纳超过一百万个地球。
但是如果你已经和地球一样大，那么单个物体就很容易理解了。从地球的角度来看，不仅要看物体本身，还要看这些物体彼此移动的尺度：在行星轨道的尺度上。
地球是我们最熟悉的一个：与太阳的平均距离为 1.5 亿公里（或 9300 万英里）。但是这个距离，即地日距离，只是太阳本身大小的 100 多倍一点，也就是地球本身大小的 100 多倍一点。突然间，只要稍微上升一点：从地球上到地球大气层上方，再看看我们太阳系中的其他物体，我们的身高就从大约 1.5-2 米的人变成了 ~围绕我们的太阳运行 1500 亿米的轨道。
（图片来源：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt ）
与奥尔特云的范围相比，内太阳系，包括行星、小行星、气态巨行星、柯伊伯带等，在规模上是微不足道的。塞德娜 (Sedna) 是唯一一个远日点很远的大天体，它可能是奥尔特云内部最深处的一部分，但即便如此也存在争议。在线性尺度上，用一张图片描绘整个太阳系是非常有限的。
当然，我们的太阳只是银河系中众多恒星中的一颗，因此下一步是从我们太阳系（如地球轨道）中物体的尺度到最近的恒星。这是一个巨大的跳跃，但如果我们现在从我们最后一个终点停止的起点开始：在地球轨道的尺度上，我们就可以理解这一跳跃。
当然，其他行星比地球离太阳更远。木星的轨道大约是地球直径的 5 倍；土星的是它的 10 倍；天王星是它的 20 倍；海王星的是它的 30 倍。柯伊伯带向外延伸大约是海王星轨道范围的两倍，虽然除此之外还有一些其他物体，但在到达奥尔特云的最内部之前，你必须延伸到地球轨道的大约 1000 倍。
但是奥尔特云的距离是地日距离的数万倍：可能甚至超过一光年。然后，一旦你开始到达几光年的距离，你终于到达了它：距离地球最近的下一颗恒星，比邻星，距离我们 4.2 光年。
距离的对数图，显示航海者号、我们的太阳系、奥尔特云和离我们最近的恒星：比邻星。在 10 倍的跳跃中，我们从地球轨道到土星轨道，再到航海者 1 号到内部奥尔特云的距离，再到奥尔特云中间，再到一光年以上，然后你会在下一个光年之前到达半人马座比邻星系数 10。
恒星之间的距离通常以光年为单位，而且它们加起来很快。距离我们 25 光年以内有数百颗恒星，如果你在地球周围 100 光年处画一个球体，这个数字会上升到 10,000 多颗。在这个尺度上，你开始注意到太空中有些方向的星星更多，而其他方向的星星更少：你开始看到银河系的结构。在银心方向，以及整个银河平面，尤其是沿着它的旋臂，恒星更密集，数量更多；远离他们，更少。
总而言之，星系是大量恒星的集合，但不是大到无法理解的恒星。银河系的直径略高于 100,000 光年，也就是说，如果一个约 1.5-2 米的人类生活在 13,000 公里宽的地球上，那么这个比例与到内部奥尔特云的距离相同到银河系的大小。
人类到地球的大小等于地球的大小到奥尔特云内部的距离等于到奥尔特云内部的距离等于银河系的大小。不管你信不信，事情从那里变得更容易。
（图片来源：ESA/Hubble 和 NASA ）
星系 NGC 6384 的旋臂是该星系中新恒星主要形成的地方。在正常情况下，旋涡星系盘中的旋臂是大多数新恒星形成的地方。NGC 6384 与我们自己的银河系有许多共同特征，是银河系近孪生星系的最佳候选之一。
与它们之间的距离相比，星星很小。如果太阳是华盛顿州西雅图的一颗葡萄柚，那么下一颗最近的恒星就是纽约的一颗葡萄柚。
但与它们之间的距离相比，星系并不小。如果银河系是一个葡萄柚，那么仙女座——位于 250 万公里外的本星系群最大的星系将是同一个房间里的一个葡萄柚，距离只有大约 3 米。事实上，室女座超星系团的跨度大约为一亿光年，包含成千上万个大星系，这就像在大约一个城市街区的范围内有成千上万的葡萄柚成群结队地聚集在一起。
事实上，宇宙的大尺度结构有点像这样：有数千亿个葡萄柚——以及数以万亿计的橙子、橘子和金橘，它们是星系的较小版本——分布在正下方在所有三个维度的各个方向上有 500 个这样的“城市街区”，我们的城市街区位于中心，包含处女座星团。如果 1 亿光年正好在我们的本地超星系团之内，那么到可观测宇宙边缘的距离只有 460 倍左右。
（图片来源：Andrew Z. Colvin 和Zeryphex /Astronom5109；Wikimedia Commons）
在宇宙的大星团和细丝之间是巨大的宇宙空洞，其中一些直径可以跨越数亿光年。虽然有些空洞的范围比其他空洞大，跨越十亿光年或更远，但它们都在某种程度上包含物质。即使是宇宙中最孤独的星系 MCG+01-02-015 所在的空隙，也可能包含低于检测极限的小型低表面亮度星系。
从人类的规模到可观测宇宙的规模似乎令人生畏。人类的规模只有几米；我们所见的宇宙向各个方向延伸约 460 亿光年。这意味着可观测宇宙——就直径而言——比人类大将近整整 27 个数量级，或十亿分之一 (1,000,000,000,000,000,000,000,000,000)。很容易理解为什么这是如此难以理解。
但这就是我们同时使用两个技巧的原因：
我们不会直接从一个可访问的比例尺到最大或最小比例尺进行一次宏伟的飞跃，而是采取尽可能多的合理步骤，这样任何两个“步骤”都不会相距太远。
我们不一定要在相同的客观尺度上看待所有事情，而是我们会随着每一个连续的步骤改变我们的观点。
将这两个步骤结合起来的一种更直观的方法是从对数的角度思考距离，而不是传统的距离思考。事实上，一张宇宙的对数图，如下图所示，可以同时真实地捕捉到宇宙在各种尺度上的宏伟。
（图片来源：Pablo Carlos Budassi ）
这张垂直方向的宇宙对数图跨越近 20 个数量级，将我们从地球带到可见宇宙的边缘。右侧比例尺上的每个大“标记”对应于距离比例增加 10 倍。
设想宇宙这么大的尺度的方式不是从人的角度，而是从与宇宙本身更相关的事物的角度。宇宙很大，但也只有银河系的几十万倍。银河系很大，但它只是任何两颗典型恒星之间距离的几万倍。任何两颗恒星之间的距离都很大，但也只是日地距离的几十万倍。而且地球与太阳的距离只有地球的 10,000 倍左右，地球终于达到了人类可以接近的大小。
如果你坚持要从我们自己飞跃到可观测宇宙的大小，很容易感到微不足道。但是我们是许多更适合更大范围的重要事物的一部分；我们可以将自己视为地球的生物、太阳系的成员、银河系的组成部分以及这个宇宙的居民。这不是一个不可思议的大地方；相反，它是我们所知道的我们家的全部范围，我们星球以外的附近和遥远的物体是我们的宇宙邻居和亲戚。尽管它们看起来远得不可思议，但从宇宙的角度来看，我们能看到的任何东西实际上就在我们的隔壁。
