在不同尺度上,物理世界遵循着不同的规律。描述微观量子世界的定律,与描述宏观物体的定律有着本质的区别。然而,任何随着尺度的变化必然是连续的,物理学中看似截然分立的领域,实则具有丰富的联系。《尺度,法则和生命》这幅画,正是通过17个地位显著的公式,描绘了物理学不同领域的联系与相互影响。
沿着图中从左到右的方向,粒子数量增加,系统复杂性也随之增加。沿着从下往上的方向,系统的尺度逐渐增大。图的各个角分表代表了物理学的不同领域。沿着顺时针方向,左下角描绘粒子波动性的图像代表量子力学;左上角电磁相互感生的图像代表电磁学与电动力学;旁边的湍流代表流体力学;右上角的星云、黑洞、恒星以及交织的时空,代表描述宇宙的相对论;右下角纷乱的粒子、石墨烯、足球烯、DNA双螺旋代表热力学与统计物理。
图的正中是人类和孕育人类生命的地球。地球上的四个人则表现了人类面对这四个不同尺度与复杂性的领域时,截然不同的态度:左上角的人拿着笔,陶醉于电动力学的完美,右上角的人满含热情与虔诚地拥抱宇宙的奥秘,右下角的人面对复杂的世界充满困惑,左下角的人震惊于微观量子世界的怪异。
画面四个象限间隔用黑白色调,具有旋转对称性,仿佛阴阳一样形成一种动态的平衡。本文将从左上角开始,顺时针依次介绍这些描述了不同尺度自然世界的重要公式。