晚上遛弯儿时闺女问我,宇宙和银河系,到底谁大一些?
昨晚吃完饭带四岁闺女下楼遛弯儿,她仰着脑袋看星星,突然来了一句:“爸爸,宇宙和银河系,谁大一些呀?”我当时愣了一下,不是不知道怎么回答,而是一下子不知道怎么用她能听懂的话讲清楚,后来我蹲下来,从口袋里掏出一颗糖,又从地上捡了一片小树叶,说:“你看啊,这颗糖就是银河系,这片叶子就是宇宙里另一个星系,而整个广场,加上所有你看不见的地方,就是宇宙。”她点点头,也不知道真懂假懂,反正把糖吃了。
但这个事儿在我脑子里没翻篇,因为我突然意识到,很多成年人其实也不太确定这两个词到底谁大谁小,只不过平时不好意思问,今天干脆就着这个问题,把这个事儿掰开揉碎聊一聊。
先记住一句话:银河系不过是宇宙里的一粒沙
如果你赶时间,记住这个就行——银河系大得没边,但宇宙比它大无数倍,根本不在一个量级上,银河系是宇宙里面一个具体的“小区”,而宇宙是所有小区、所有街道、所有城市、所有旷野加起来的总和,说完了,但如果你跟我一样,特别喜欢那种“被巨大尺度震撼到头皮发麻”的感觉,那咱接着往下细聊。
银河系到底有多大?先把自己吓一跳
我们住在银河系里,就跟一条鱼住在太平洋里差不多,根本感觉不到边界在哪,银河系是一个棒旋星系,你可以把它想象成一个巨大的旋转的发光盘子,中间鼓起来一块,四周甩出几条旋臂——我们太阳系就窝在其中一条叫猎户臂的小分支上,位置非常偏,差不多是城乡结合部。
来说几个数字,让你心里有谱,银河系的直径大约是10万到18万光年,注意不是公里,是光年,光跑一年才能走完的距离,光要横穿银河系,得跑十几万年,换成公里的话,大概就是100亿亿公里这个级别,后面零多到你懒得数,银河系里面有多少恒星呢?保守估计1000亿到4000亿颗,太阳只是其中普普通通的一颗,不起眼到极点。
用那个广场的比喻来说,银河系这颗“糖”,其实也不小,它自己就是个庞然大物,可是,一旦把它放到宇宙这个大广场上,事儿就变了。
宇宙到底有多大?说实话,不知道,只知道“可观测”的那部分
这才是让人真正起鸡皮疙瘩的地方,我们平时说“宇宙有多大”,其实说的都是可观测宇宙,什么叫可观测宇宙?就是光来得及跑到我们眼睛里的那部分范围,因为宇宙有年龄,大概138亿年,光在这段时间里最多只能跑138亿光年,再加上宇宙在膨胀,实际的可观测半径被拉到了大约465亿光年,也就是说,我们现在能看到的宇宙,是一个直径约930亿光年的大球。
930亿光年是什么概念?银河系那十几万光年的直径,在这个尺度面前,瞬间就变成小数点后面好几位了,随便列个表你感受一下:
| 对比项 | 尺度(大约) | 相对于可观测宇宙的占比 |
| 地球直径 | 3万公里 | 忽略不计 |
| 太阳系直径(到奥尔特云) | 约2光年 | 忽略不计 |
| 银河系直径 | 10万-18万光年 | 约五万分之一 |
| 本星系群直径 | 约1000万光年 | 约千分之一 |
| 可观测宇宙直径 | 约930亿光年 | 100% |
你看,银河系那么大的东西,在可观测宇宙里只占五万分之一左右,这还只是我们“能看到的”那部分宇宙,那外面呢?没人知道,有一种比较主流的猜测是,整个宇宙(包括我们永远看不到的部分)可能比可观测宇宙大几百倍、几万亿倍甚至无限大,如果是无限的话,那银河系在宇宙面前,连一粒沙都算不上,就是一个彻彻底底的零头。
古人是怎么想这事儿的
谁大谁小”这个困惑,人类已经纠结了几千年,古人抬头看天,看到那条白茫茫的光带,以为是天上的一条河,就管它叫“银河”或者“milky way”,很长一段时间里,人们觉得银河就是整个宇宙的全部——什么仙女座大星云、三角座星系,统统被当成银河系内部的小气团。
直到上世纪二十年代,有个叫哈勃的天文学家,通过造父变星测距,才发现仙女座大星云离我们远得离谱,根本不在银河系范围内,而是另一个独立的星系,那一刻,人类才第一次实锤了一个事实:银河系不是宇宙的全部,它只是无数星系中的一个。这个过程物理学圈有个说法叫“大辩论”,后来哈勃的观测一锤定音,人类对宇宙尺度的认知直接被炸开了一个口子(参考《哈勃的宇宙》相关记述)。
把尺度再缩小一点,好让自己别太飘
我有时候晚上睡不着,会故意把这些数字在脑子里过一遍:
- 地球,我们觉得很大,坐飞机十几个小时都飞不到对面。
- 太阳,能装下130万个地球。
- 太阳系,从太阳到最外头的奥尔特云,光要走一年多。
- 银河系,有几千亿个太阳这样的恒星排在里面。
- 可观测宇宙,又有几千亿个星系在里面飘着。
也就是说,宇宙里星系的数目,差不多等于银河系里恒星的数目。这个巧合本身就很吓人——你能想象吗?你把银河系里每一颗恒星都换成一整个星系,每个星系里又都有几百亿、几千亿颗恒星,想到这儿通常就该失眠了。
说回闺女那颗糖
后来我回家查了一下,发现用人能听懂的方式讲这件事,其实不难,银河系是宇宙海洋里的一个岛屿——一个巨大到不可思议的岛屿,但再大的岛屿,也只是海洋的一部分,而我们呢,就是这个岛屿上一粒沙子上住着的小生物,偏偏这颗沙子是整个岛上唯一已知有生命的地方。
闺女第二天早上吃早饭的时候,突然冒了一句:“爸爸,那我吃的那个糖,里面会不会也有很多很多的小人?”我被酸奶呛了一口,你看,小孩的脑子就是活,她已经开始担心自己的零食里有没有平行宇宙了,我没纠正她,只是说了句:“有可能哦,所以你每次吃糖都要轻点儿。”她满意地点点头,把小手摊开,盯着掌心里那颗奶片看了好久。
谁小时候没这么想过呢,宇宙和银河系谁大,答案简单到不用思考,但真正有意思的,是知道答案之后,那个余味——原来我们小小的脑袋里,可以装下这么可怕的一个事实,而且还能继续若无其事地吃早饭,这大概就是人类最了不起的地方了。