昨晚我数银河系里的四，数到睡不着

昨晚临睡前,朋友突然发来一条消息：“银河系里面到底包含多少个四？”我盯着屏幕愣了大概有三十秒，这个问题乍一听像是脑筋急转弯，仔细一想，又好像藏着某种哲学深意，我放下手机，盯着天花板，脑子里开始疯狂转——不是转哲学，是转数字。

图1：银河系结构想象图——你看到的每一点光，都可能藏着一个数字“四”。

先把“四”拆开看

什么叫“四”？我们得先把这个词掰开，它可以是数字符号“4”这个写法，可以是中文汉字“四”，可以是英语单词“four”的字母组合，也可以是数值四在某个计数系统里的出现，一旦你这样想，问题就从天文学变成了一个跨宇宙级别的“找东西”游戏。

费曼说过一句话,大意是：如果你不能把一个概念讲给奶奶听，那你就不算真懂，我就试着用这种办法来拆，走在菜市场里，你说“买四个番茄”，这个“四”是个数量，你在日历上圈出4号，那是个日期，你看到电梯按钮写着“4”，那是个符号，你说“这事三番四次”，那是成语里的虚数，银河系里有多少个四”——首先得定义，你说的到底是哪种“四”。

从行星轨道数到星际分子

好吧,那就一个一个来，先看最笨的那种：银河系里有多少个天体，其某个属性恰好等于四？

太阳系就有不少,木星有四颗伽利略卫星，这是四百多年前伽利略自己拿望远镜看到的，火星在太阳系里是第四颗行星，地球绕太阳转一圈，我们人为划出四季——春夏秋冬，这也是四，土星的光环结构里，有一些比较明显的环缝，数量因人而异，但某些分类里也能凑出四主环的讲法。

但这些都是太阳系内的小打小闹,银河系有两千亿到四千亿颗恒星，就算每颗恒星只有一两个行星，那行星总数轻松突破万亿，这么多行星里，到底有多少是排在它自己恒星系统里第四轨道位置的？这个问题没法精确回答，因为系外行星的轨道编号取决于我们当前的探测极限，很多恒星系统我们只发现了一两颗行星，后面还有没有第三第四颗，根本不知道，但保守估计，哪怕只有千分之一的恒星系统拥有至少四颗行星，那银河系里“第四轨道行星”的数量级就已经在亿级以上。

这还只是开始。

“四”的形式	在银河系中可能出现的场景
数量属性	四颗卫星、四季、四叶草状星云
符号“4”	人类探测器刻字、数字编码信息
字母组合“four”	信息论意义上的随机出现概率
物理常数中的4	引力公式里的系数、量子态数目

如果把“四”当成一个符号来搜寻

这时候思路就得再野一点,银河系里有没有天然形成的数字“4”形状的东西？你别说，还真可能有，星云和尘埃云的形状千奇百怪，地面上的人看云能看出龙看出马，天文学家看星云也能看出马头、老鹰、戒指，那有没有一个星云长得像阿拉伯数字“4”？目前没有正式命名的“4字星云”，但银河系里星云数以万计，从某个特定角度看，某个星云的投影恰好像“4”的概率不低，只是这个“四”算不算数，就看你认不认了。

更实在的是人造物,旅行者一号上携带的金唱片，上面刻着人类的各种信息，那些信息里有没有数字4？当然有，二进制编码里、脉冲星定位图的数据标注里、太阳系行星轨道示意图里，四都以不同形式出现，旅行者一号现在已经在星际空间飘了四十多年，虽然还没飞出银河系，但它就在银河系里飞，银河系里至少有一个数字“4”，被刻在金盘上，以每秒十几公里的速度在银河系的猎户臂里飘着，这个四，货真价实，如假包换。

如果你把“四”当成信息

走远一点,我们从信息论的角度看，银河系里充斥着电磁波，其中有一部分是人类发出的无线电信号，我们的广播、电视、雷达，甚至手机基站的信号，全都在以光速向宇宙扩散，当然信号衰减得很快，但是信息本身是实实在在发射出去了，上世纪五六十年代开始大规模电视广播，那里面有多少个“四”？新闻里报GDP增长百分之四、体育比赛比分里出现4：2、天气预报说明天四级风……每一条包含数字4的信息，都以电磁波的形式往银河系深处扩散，第一批强信号已经走了七八十光年远，那个范围里有多少个“四”呢？多到没法数，但确实每一个都真实存在过。

图2：人类无线电信号以光速向外扩散——每一个数字“四”都嵌在电磁波里，正在穿越银河系。

在物理定律里找四

还有一种四,它不需要物质载体，但遍布整个银河系，牛顿的万有引力公式里，分母是距离的平方，那个“2”不是4，可是引力场强度随距离衰减的关系，在很多转换公式里会出现系数4π，麦克斯韦方程组里也有4π，物理定律在整个银河系里都适用，也就是说，无论你在银河系的哪个角落，只要你想精确计算引力、电磁力，你就绕不开这个“4”，它不是写在哪块石头上的，而是嵌在宇宙的运行规则里，这种四最抽象，但也最坚不可摧。

还有更刁钻的

• 氢原子：银河系里最多的物质是氢，一个氢原子在基态时，电子绕核的轨道量子数n=1，但你要是看它的精细结构或者某些激发态，量子数就会出现4。
• DNA：如果银河系其他地方存在生命，而且也用类似DNA的双螺旋结构，那么很可能会用四种碱基来编码遗传信息，地球生命用ATGC，这就是四，银河系其他地方要是也有，那四就更多了。
• 中文古籍：如果外星文明截获了我们的信号，并且恰好破解了中文，“四”这个汉字本身也会被他们看到，不过这个脑洞开得有点大，暂且收住。

那到底多少个？

说实话,没人能给你一个确数，但我们可以试着给一个范围，如果把“四”理解为数值属性在宇宙中的实例化，那保守下界也在亿亿级别，如果把“四”理解为信息编码里的符号，那至少从人类文明成为电磁波发射源开始，银河系里就多了数以亿计的“四”，而且还在不断增加，如果你把物理定律里隐含的4算上，那银河系里到处都是四，每一个角落，每一个瞬间。

昨晚我想着想着,把自己想笑了，朋友原来可能只是想问个冷笑话，结果我硬生生在脑子里把银河系的物质分布、系外行星统计、信号传播、量子力学和麦克斯韦方程组全过了一遍，最后我回了他一条消息：“银河系里四的数量，比你想象的多得多，但也可能一个都没有——看你到底问的是哪个四。”

发完我就睡了,梦里好像看见一大片星云，隐隐约约拼成了一个大大的“4”字，醒来想想，那可能只是窗帘缝里透进来的路灯影子，不过谁知道呢，银河系那么大，什么形状没有。