我生活的世界——谈谈空间

仰望星空,多少次都在想星空外究竟是什么样子,我们生存的这个世界到底有多大,宇宙是否有尽头。低头看地,多少次问自己地下到底有什么,大地究竟有多深。小时候常听老人说我们是不知天高地厚的毛头小子,而他们自己知道天有多高地有多厚么? 而如今我已经可以说小孩不知天高地厚了,我是否有个我自己的答案。

此时的我坐在桌子前,桌子位于房间内,房间在院子内,院子属于某某村某某镇,镇属于某县,县属于某市,市属于陕西省,陕西省属于中国,中国属于亚州,亚州属于地球,地球属于太阳系,太阳系属于银河系……这是我的坐标,也是我生存的空间。桌子多大我可以看到,房子也可以,直至村子都是可以看到的,但是到了镇子我就需要借助数字和脑海中的概念来想象它有多大,县城及以上都是。所以肉眼能感知的空间有限,更方阔的世界需要我们想象。而我们的想象需要有一个基准,比如说一个乡镇由十个村组成,而一个村子是我们可以看到的,由此我们就可以感知一个乡镇有多大。同理,我们知道空间的一个基准(基本单位),也可以在脑中体会到具体一个空间的大小。

测量空间的基本单位

基本长度单位(米m)

我们常规理解的空间是三维空间,为了便于理解数学上引进横纵竖三个轴来描述三维空间,确定一个空间的三个坐标,这个空间的大小也就确定了。坐标是原点到此点的距离,所以要想描述空间,最基本的是需要长度单位。

国际单位制中最基本的长度单位是米(m),我们实际生活中也是使用此单位。那么一米究竟有多长,是怎么定义出来的呢? 2019年5月20日起,米的定义更新为:当真空中光速c以m/s为单位表达时选取固定数值299792458来定义米。其中秒是由铯的频率ΔνCs来定义。 1米=光在真空中于1/299 792 458秒的时间内所经过的路线的长度。 概念很抽象,属于科学研究,现实中的一大致为一个成年人脚到腰的距离。

有了基本的单位后,为了满足实际的需要在此基础上扩展出了以下单位。

  1. 纳米(nm),10^-9米,即1米的十亿分之一
  2. 微米(um),10^-6米,即1米的百万分之一
  3. 毫米(mm),10^-3米,即1米的千分之一
  4. 厘米(cm),10^-2米,即1米的百分之一
  5. 分米(dm),0.1米
  6. 千米(km),1000米
  7. 光年, 光在一年内走的距离,约为9.46* 10^15米

我们生活的空间

我国行政规划

有了长度的单位,我们只能描述一维空间,要想描述二维或三维空间需要将几个长度相乘。比如描述一张桌子有多大,桌子长约为1.5m,宽为0.8m,则可以描述为这是一张1.5*0.8=1.2平方米的桌子。我们生活空间也可以类似地描述出来。

  1. 一间屋子大约15-40平米(约)
  2. 一套房子约100-200平米
  3. 一个行政村约10-40平方公里,即10000000平方米至40000000平方米
  4. 一个乡镇50-100平方公里(差异很大,不能一概论,大家参考就好)
  5. 一个县大约1000-2000多平方公里
  6. 一个市平均3-6万平方公里
  7. 一个省大约40-60万平方公里(理解下量级就好,不是具体数据)
  8. 中国960万平方公里
  9. 亚州面积4458万平方公里
  10. 地球表面积5.1亿平方公里

以上为我们生存的空间,通过这些数据我们可以大致地估计一下实际生活中的这些空间大小。比如谁娶的媳妇是本县的,脑子里就大致能知道距离大致就几十公里;如果是邻省的,那可能距离为几百公里。有了这些数字能提升一些准确度吧。

天有多高

要想回答这个问题,先得看天是怎么定义的。云算在天上么,月亮应该是在天上的吧。在这里我假设云层的高度就算天(低天),能看到最远的星星为高天。从理性的角度回答下这个问题,当然不知天高地厚多指经历事少,不知世事艰难,这个另当别论。

  1. 低天高度(云层高度),低层的云为2000m左右,这个天并不是很高
  2. 太阳高度,日地距离 1496 00000000米, 一个天文单位
  3. 肉眼能看到最远的恒星, 仙后座V762 ,距离为1.6万光年,所以天真的很高(资料不一定权威,参考为主)

地有多厚

地球是一个近似的球体,表面有山峰有海沟,最高的山峰珠峰海捯为8844米左右,最深的海沟马里亚纳海沟深度为海平面以下 11034米 。地表到地心的距离约为6400千米,地球直径12800千米。所以地有多厚还是可以大致时确的。

人类认识的世界

科学技术日益发达,天文学和量子力学也取得了长足进步。我们日常所处的空间只是很小的一个区间,人类认识到的空间究竟有多大呢?

  1. 最小的微粒——夸克,大小约为0.43* 10^-18米
  2. 质子大小,约为1.6*10^-15米
  3. 水分子大小,约为4*10^-10米
  4. 人的身高,约为2米
  5. 最高人造建筑, 迪拜的哈利法塔( 迪拜塔)高828米
  6. 地球至月球距离38万千米
  7. 太阳到地球的距离,1496 00000000米
  8. 人眼可以看到最远的恒星,1.6万光年
  9. 银河系直径约为10万光年
  10. 哈勃望远镜可观测半径,150-200亿光年
  11. 可观测宇宙半径约为465亿光年(除此之外人类是没有办法知道了,这是永久的局限了吧)

这就是人类文明可以探知的空间,可以说我们能认识想象到的一切皆在其中,这就是我们生存的空间世界。

后记

通过其本的长度单位米体会行政区域的大小,对生活的事物做出估测。通过数据体会人类文明认识到的空间尺度。

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