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两种定义都与我们人类不大相关。法国人只是想找到一个客观的测量标准，使人们一致同意并且能够方便地应用。他们更倾向于采用两条定义中的后者，以排除由于地表各处引力[19] 的不同而产生的微小误差。
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这种定义太过随意。它的提出者希望使1米的测量变得清晰、标准，每个人都认可它的定义，然而一千万分之一这个数字与这个理念并不相符。按照法国人的定义，度量衡应该是某种可以舒适地握在手里的东西。
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大多数人的身高都可以被近似为两米，然而没有人会认可可以被近似为3米甚至10米。1米是一个人的尺度，我们对这个尺度上的事物情有独钟，至少在这个范围内我们有能力观察它们并作出反应（我们会对数米长的鳄鱼敬而远之）。我们理解这个尺度上适用的物理规则，因为我们在日常生活中不断见证着它们的发生。我们的直觉建立在一生中对物体、人类与动物的观察之上，它们的尺度可以合理地以米为单位来衡量。
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有时我感觉到，我们平时处理的尺度范围非常别扭。NBA运动员乔金·诺阿（Joakim Noah）是我堂亲的朋友，我和堂亲俩人总是乐此不疲地评论他的身高。我们总会盯着门框上记录着他随着年龄的增长身高发生变化的标记，屡屡惊叹他在篮球比赛中的“盖帽”。乔金的身高令人着迷。然而事实上，他的身高只比人类平均身高高出约15%，而且他身体的运动方式与任何其他人都基本一致。精确的比例也许有所不同，这有时会带来体力上的优越性，有时则不会。然而他的肌肉与骨骼所遵循的规则与你我的大致相同。
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牛顿于1687年提出的运动定律，在描述当在给定质量的物体上施加力时物体的行为依旧有效。它既适用于我们身体中的骨骼，也适用于乔金掷出的篮球。应用这些法则，我们可以计算出球从出手到落地时的轨道方程，也可以预测水星围绕太阳公转的轨道。牛顿定律告诉我们，在任何情况下物体都将保持其速度不变，除非有力作用于其上。这些作用力根据物体的质量不同而赋予其不同的加速度。任何作用力都会引起等值、反向的反作用力。
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在我们能够充分理解的尺度、速度与密度范围内，牛顿定律都很好地被应用着。仅仅在被量子力学改变了其规则的极小尺度、（狭义）相对论适用的极高速度，以及广义相对论支配的极高密度（比如黑洞）这些情况下，事情才会有所不同。
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任何取代牛顿定律的新理论的效应在正常的尺度、速度和密度情形下都太过微小，以至于我们观测不到。然而，我们可以应用计算与技术进入这些我们将碰到极端情况的领域。
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一场小尺度的旅行
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在接触到新的物理组分与物理定律之前，我们还需要沿着通往小尺度的道路走上一段路程。在一米尺度与原子尺度之间的范围上还存在很多事物。很多在日常生活与生命本身之中接触的事物都有一些重要的特征，我们只能在探索更小的系统时才能注意到它们，因为在那里不同的行为或子结构才能凸显出来（图5-1是与本章相关的一些尺度）。
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当然，我们熟悉的很多事物都只是由一些单一的基本单元累次叠加而来，这些事物并没有太多我们感兴趣的细节或是内部结构。这些外延系统（extensive systems）像砖墙一样构建。我们可以用增减砖块的方式把墙变得更高或者更矮，然而那些基本单元却是相同的。从很多方面来看，一堵高墙与一堵矮墙其实并没有什么区别。这种缩放的观点在很多由重复的基本组分叠加而成的大型系统上都会用到。这能应用在很多大型组织体上，比如计算机内存条是由大量完全相同的晶体管构造而成的。
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另一种应用在不同大型系统上的缩放是指数级增长，当关联而非基本元素决定一个系统行为时，它便会出现。即便这样的系统也由许多相似的单元叠加而来，它的行为却依赖于它们之间关联的数量，而不仅是其基本单元的数量。这些关联并不只是像砖块一样存在于某个组分的邻域之上，而是可以作用在其他单元上从而延拓到全局系统。由很多突触联结组成的神经系统、存在很多相互作用着蛋白质的细胞、由大量联网的计算机构成的互联网，这些都是鲜活的例子。这些都是值得研究的主题，而某些物理学的分支也要研究这些自发产生的宏观行为。
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图5-1 一场小尺度上的旅行以及用以描述它们的长度单位。
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基本粒子物理学并不研究这种复杂多元的系统，它致力于找出物质的基本组分以及它们所遵循的物理定律。粒子物理学是对基本物理量及其之间相互作用的研究。那些更小的组分当然与复杂的物理行为相关，后者则包含很多有趣的相互作用的组分 。然而，确认那些最小的基本组分以及它们行为的方式才是我们所关注的对象。
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与科学技术和生命系统一样，更大系统的个体组分也有其内部结构。例如，计算机由微处理器构成，而微处理器由晶体管制造。当医生研究人体内部时，他们会看到器官、血管以及在解剖时遇到的其他由细胞与DNA构造的组织，而DNA只能通过更先进的技术看到。那些内在元素的运作方式绝对与我们所看到的表象完全不同。在更小的尺度上，那些元素改变了，它们所遵循的规则同样随之变化了。
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由于一些人类感兴趣尺度的生理学研究史与物理定律研究史在某些方式上相类似，在讨论物理学与外在世界之前，让我们用一些时间来思考一下我们自己以及我们更加熟悉的身体内部工作机制吧。
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领骨（collarbone）是一个其功能只能在解剖学的角度被理解的有趣例子。它表面看上去像一个衣领，因此而得名。然而科学家在探查人体内部结构时发现，领骨上有一个像钥匙模样的部位，因此它又被命名为一个我们常用的名字：锁骨（clavicle）。
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17世纪早期，生理学家威廉·哈维（William Harvey）做了一系列志在探寻人类和动物心脏、血管系统细节的细致实验之前，没有人理解血液循环或者连接动脉与静脉的毛细血管系统。虽然哈维是英国人，但他的药学知识是在帕多瓦大学习得的。在那里，哈维从导师西罗尼姆斯·法布里休斯（Hieronymus Fabricius）那里获益良多。法布里休斯也对有关血液流动的课题感兴趣，却误解了静脉及其瓣膜所扮演的角色。
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哈维不仅改变了我们对实际事物图景的认识，即从动脉到静脉再到毛细血管的枝状网络，血液在越来越小的尺度上循环；他还发现了一个重要的过程。在人们真正看到血液在细胞之间流入流出时，没有人能明白它的形式。哈维的发现并不只是一种分类法：他发现了一个全新的系统。
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然而，哈维当时没有能看到这些毛细血管的技术工具，这个成就由马尔切洛·马尔比基（Marcello Malpighi）在1661年首次完成。哈维的意见包括了一些建立在理论探讨之上的假说，而这些假说不久之后就被实验证实了。即便哈维对此进行了详尽的说明，他对自己理论的坚信程度也不如后世显微镜使用者们如列文虎克（Leeuwenhoek）那般。
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循环系统中有血红细胞的参与，这些内部元素仅有7微米长，它大致是一米的十万分之一。它是一张信用卡厚度的1/100，与雾滴的尺度相当，是我们肉眼能见最小尺度（略细于一根头发丝）的1/10。
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血流与血液循环并非医生随着岁月的推移而可以解读的唯一事物，对人类内部结构的探索也没有终结在微米尺度上。从那之后，全新的元素与系统在越来越小的尺度上不断被发现，不管是人体系统，还是无生命的物理系统。
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下到1/10微米的尺度，即一米的一千万分之一，我们可以看到DNA这一编码基因信息的基本生命基石。这个尺度依旧是原子尺度的1000倍，此时分子物理学（即化学）已经开始扮演重要的角色了。即便没有完全被理解，与DNA共同出现的分子层级进程也蕴含于遍布地球的丰富生命广谱之下。DNA分子包含数以百万计的核苷酸，因此无疑它们遵守量子力学所支配的原子规则。
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DNA本身可以被归入很多尺度中。它们具有扭曲的螺旋分子结构，因此人类DNA的总长度可以以米来计量。然而DNA的宽度仅有一微米的2‰，即2纳米。这略小于微处理器上最小的晶体管门电路，后者的大小约为30纳米。单独的核苷酸长度仅有0.33纳米，与水分子尺度的量级差不多。基因的长度是核苷酸的1000～100000倍，对基因最有用的描述牵涉到问题的类型之广远多于单个的核苷酸。因此，DNA在不同的尺度上以不同的方式运作着。关于DNA，科学家们提出了许多问题，并且在不同的尺度上建立了不同的理论。
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在描述小单元共同构成可见的大尺度结构时，生物学与物理学有一些相似之处，然而生物学牵涉的内容远比理解生命系统的个体组分要广泛。生物学的目标更加雄心勃勃。即便我们坚信隐藏在人体工作机理之下的是物理定律，机能性的生物学系统却曲折复杂，它往往有着难以预料的结果。理解这些基本单位与错综复杂的反馈机制非常困难，而当它们以遗传密码的形式组合在一起时，问题就更复杂了。即便我们已经掌握了有关基本单位的知识，解决一些更加复杂的突现科学问题依旧是一件艰深的任务，尤其是那些要为生命负责的问题。