大约150 亿年前,宇宙突然发生了大爆炸．大爆炸的起因是什么? 如此巨大的能量来自何处? 关于大爆炸,明摆着存在这些问题．而且这些问题在很长的时期里并没有被弄清楚(更确切地说,是没有被追究)．目前的理论认为: 大爆炸发生于一无所有的(严格说来是观测不到任何东西的)空间——真空之中．那么,大家又会问“这里所说的真空又是什么呢? ”让我们还是沿着大爆炸学说的历史发展过程作一番追溯吧,就当最初发生了大爆炸,从此开始我们的话题．大爆炸的令人惊异之处在于: 在极短极短的时间内,宇宙创生了,几乎与此同时,宇宙从掌中玩物般大小极不寻常地急速膨胀了起来。

第一步,我们先来适应各种数量的表现方法．1 太记为1012,1 皮记为10-12,10 的肩头所标的数字(称为指数)如果是负数的话,其绝对值越大,数的整体值就越小．数学中的数字都是单纯的数字(无量纲数),在以＂客观存在＂为研究对象的物理学等其他学科中,我们总是先将某种含义(单位)赋于数字1,然后针对研究对象的大小用不同的数值来表述．常用的有1 米(长度)、1 千克(质量)、1 秒(时间),我们把这套规定方法叫做国际单位制,并且规定(至少在科学研究中)不使用因国而异的诸如英尺、磅等单位。

□图3－3 最初从掌中玩物般大小的宇宙开始……

采用国际单位制,我们说宇宙的大小约为100 亿光年(1026 米),宇宙迄今为止的寿命约为100 亿年(3×1017 秒)．再举个微观量的例子,20世纪初科学家们对原子进行研究时特别定义了一个叫做＂埃＂的单位,折合成国际单位制的话,1 埃相当于10-10 米,按照国际度量衡委员会的正式命名,它是1 纳米的十分之一．下面列出的是正式使用的词头:

(数量级)(名称)(符号)

1012 　太　T

109 　吉　G

106 　兆　M

103 　千　k

102 　百　h

10 　十　da

1 　(单位)

10-1 　分　d

10-2 　厘　c

10-3 　毫　m

10-6 　微　μ

10-9 　纳　n

10-12 　皮　p

10-15 　飞　f

10-18 　阿　a

20 世纪30 年代以来,随着基本粒子理论发展的需要,为了表示原子核以及更加微小的质子、中子的大小,人们提出了10-15 米的微小尺度并称之为1 费米(飞米),以纪念著名的原子核物理学家恩里科·费米(1901—1954)。

在测量基本粒子的平均寿命时,我们需要使用时间的微小单位．例如汤川秀树博士提出的π介子,带正或负电荷的π介子的平均寿命约为10-8秒(1 亿分之1 秒),不带电荷的中性π介子的平均寿命更短,只有10-16秒(带电π介子寿命的1 亿分之1)．科学家们测量了许多不稳定的基本粒子的平均寿命,发现这些数据几乎都分布在10-8 至10-20 秒之间的范围内。

长度以及时间是否存在最小单位? 用当今的名词来说就是: 这两种量究竟是数字式的,还是模拟式的呢? 随着从50 年代到70 年代基本粒子理论特别是＂场论＂的迅速发展,最小单位问题渐渐地被提上议事日程,成为重要的研究课题．一些科学家认为；长度的最小单位应该是基本粒子的大小(10-15 米左右),时间的最小单位应该是基本粒子的寿命(10-8 至10-20秒左右)。

如果把物质不断地进行分解的话,我们最终将得到分子、原子乃至基本粒子,它们是构成质量和电荷的最终要素．同样地,关于长度和时间是否也同样存在不可再分的最小量呢? 许多人联想到了这个问题。

最小要素是否存在? 应该怎样去理解它? 这个问题是过去40 年来的重要课题,至今仍有人在从事这方面的研究．随着理论研究的发展,许多新观点(例如: 比基本粒子更小的夸克、存在于宇宙创生时的大爆炸后10-30－10-40 秒的瞬间)的问世,科学家们越来越迫切地感到重新认识时间和空间的最小要素(包括这样的最小要素是否存在)的重要性。