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等等,你说几个银河系跟宇宙一样大?

那天晚上,我窝在沙发上刷手机,突然看到一句话:“可观测宇宙的直径大约相当于多少个银河系首尾相连?”下面有人回了一句:“也就几千个吧。”我手里的薯片停在半空——等等,几千个?我一直以为至少得几百万个甚至上亿个啊,这个数字怎么这么小?

先摆一个我查到的数据

我忍不住去翻了翻资料,发现这事儿其实有标准答案,我们先看一组NASA和普朗克卫星给出的数字:

我们所在的银河系 直径约 10万到18万光年
可观测宇宙 直径约 930亿光年

拿这两个数简单除一下:930亿 ÷ 12万(取个中间偏保守的值),结果大概是 775,000 倍——还不到一百万倍,也就是说,把银河系一个接一个地排过去,排满可观测宇宙的直径,只需要七十多万个,更直观点说,如果可观测宇宙是一个标准足球场那么大,银河系大概就一粒米的大小。

这还没完,如果按体积算呢?我试着用球体体积公式粗略估了一下(假设两者都是球形,虽然银河系其实是盘状的),那么整个可观测宇宙的体积大约相当于银河系体积的 几千亿倍,几千亿——这个数字听起来很大,但不是无限大,它居然是一个我们可以写出来的数。

“可观测宇宙”到底是什么意思

这里有个关键点必须说清楚。

“可观测宇宙”不是“整个宇宙”,它指的是一个以地球为中心、半径约465亿光年的球体,什么意思呢?因为光速有限,而宇宙本身诞生于大约138亿年前,所以宇宙里一些极其遥远的地方发出的光至今还没来得及到达我们这里,我们能看到的,就仅限于这个半径465亿光年的球体范围。(注意,半径465亿光年比138亿光年大,是因为宇宙本身在膨胀,这段解释我一开始也想了一会儿才转过来弯。

在这个球体之外,当然还有空间,还有星系,还有恒星——但我们看不见,因为光还没跑过来,至于那个更大的“整个宇宙”到底有多大,科学家目前的说法是:不知道下限,但很可能远远大于可观测宇宙,甚至可能真的是无限的

所以当我们说“银河系和宇宙比大小”的时候,这个“宇宙”其实严格来说只是我们能看见的那一角,这一点我一开始也混淆过,后来才搞清楚。

我那会儿脑子里自动冒出来的一个问题

算完这些数字之后,我心里其实有个更奇怪的问题浮上来了:

如果可观测宇宙里有两万亿个星系,那是不是说,这些星系之间的大部分空间其实是空的?

还真是,宇宙的星系虽然极其多,但它们彼此之间隔着巨大的距离,举个例子:

  • 银河系到仙女座星系的距离大约是 250万光年
  • 银河系自己的直径才十几万光年
  • 也就是说,两个星系之间的空隙能塞进二十个银河系

星系们其实是宇宙汪洋里稀稀疏疏漂浮的小岛。“几个银河系跟宇宙一样大”这种说法,如果把“几个”换成“几十万个”放在直径上讲得通,但如果从真正的体量差距来看,只能说——光这么说说,根本就低估了宇宙的辽阔。

如果把宇宙当作一个“容器”呢?

换个角度想一想,更有意思。

我们说宇宙里有两万亿个星系,其中一个叫银河系,那我们能不能问一句:宇宙这个“容器”本身,到底能装下多少个银河系?

  • 银河系的体积大约是 10^60 立方米 这个数量级吧(粗略估算)
  • 可观测宇宙的体积大约是 10^80 立方米
  • **差了大约 20 个数量级**

物理学家史蒂芬·霍金在他那本《时间简史》里有一处让我印象很深:他说,“宇宙不仅比你想象的大,它比你能够想象的还要大。”我当时读到这句觉得是修辞手法,后来才知道这是朴素的事实。

而卡尔·萨根在《宇宙》里也用过一个比喻:如果把可观测宇宙缩小到地球那么大,那银河系大概只有一个篮球场,我试着脑补了一下,发现脑补不出来,因为差距太大了。

题外话:宇宙在变大,银河系也在动

还有一个细节差点忘了提,宇宙一直在膨胀,也就是说,那个 “930亿光年”的数字,未来会变得更大,再过几十亿年,可观测宇宙的直径还会继续增长(虽然可观测的部分反而会因为膨胀而丢掉一些星系)。

而银河系这边呢?再过大约40亿年,它会和旁边的仙女座星系撞在一起,合并成一个更大的椭圆星系,到那时候,咱们这个“银河系”本身也会变得更大,样子也变了。

现在我说“几个银河系跟宇宙一样大”,可能只是个暂时的数据描述,等宇宙再老一点,这个“几个”的数字又得重新算了。

不过话说回来,那天晚上我想通这些数字之后,就关掉手机看了一眼窗外的夜空,什么都没变,星星还是那些星星,只是脑子里的比例感被彻底刷新了一遍。

等等,你说几个银河系跟宇宙一样大?

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