银河系也只是一粒尘埃吗?昨晚我在阳台晾衣服时突然想到的
昨晚十一点多,我在阳台晾刚洗好的衬衫,抬头看了一眼天空,光污染很严重,只看到两三颗星星,但我知道,那几颗微弱的光点之外,是我们整个银河系的千亿颗恒星,晾衣架上的水滴落在我脚边,我突然冒出一个念头:如果银河系本身,也不过是某个更大尺度上的一粒尘埃呢?
这个想法让我站在阳台愣了好一会儿,直到媳妇喊我"衣服晾完了没",回来后我查了不少资料,发现这个问题其实天文学家已经琢磨很久了,答案比我想象的要震撼得多。
先把尺度拉回我们熟悉的范围
咱们普通人理解的"大",大概就是坐飞机从北京到纽约那种距离感,在天文学里,这连起步都算不上,我先用一个表格把尺度捋清楚,这样后面聊起来不会头晕:
| 天体/结构 | 直径(大约) | 在这个尺度上是什么概念 |
| 地球 | 2万公里 | 光绕一圈0.13秒 |
| 太阳系(到海王星轨道) | 90亿公里 | 光走一趟要8个多小时 |
| 银河系 | 10万光年 | 光从这头到那头,你的曾曾曾…孙辈都等不到 |
| 本星系群 | 1000万光年 | 包含银河系、仙女座星系等50多个星系 |
| 拉尼亚凯亚超星系团 | 2亿光年 | 包含10万个星系 |
| 可观测宇宙 | 930亿光年 | 我们目前能看到的最大范围 |
你看,光银河系这个数字已经够让人脑壳疼的了——10万光年,旅行者1号飞了四十多年才刚出太阳系,要飞到银河系另一端?大概需要18亿年,前提是它撑得住。
所以光是银河系本身,对我们来说就已经大到没有实感了,但问题是,银河系在整个宇宙里,又算什么?
从"拉尼亚凯亚"说起——一个让我头皮发麻的名字
2014年,天文学家布伦特·塔利(Brent Tully)和团队发表了一篇论文,定义了"拉尼亚凯亚超星系团"(Laniakea Supercluster),这个名字来自夏威夷语,意思是"无尽的天堂"。
我给大家翻译一下这个发现意味着什么:
- 银河系所在的"本星系群"只是拉尼亚凯亚里的一个小角落
- 拉尼亚凯亚包含大约10万个星系
- 它的总质量大约是太阳的10的17次方倍
- 里面的星系都在朝着一个叫"巨引源"(Great Attractor)的神秘区域流动
也就是说,我们以为银河系是宇宙的主角,实际上它只是这个超星系团里普普通通的一个成员,就像你原以为自己是公司骨干,结果发现你们公司只是某个跨国集团旗下一个不起眼的子公司。
写到这儿,我脑子里已经有点嗡嗡的了,但这还没完。
可观测宇宙:银河系确实像一粒尘埃
我们再来算一笔账。
银河系直径:约10万光年
可观测宇宙直径:约930亿光年
用930亿除以10万,得到93万,也就是说,可观测宇宙的直径是银河系直径的大约93万倍。
这什么概念呢?一粒直径0.1毫米的细沙,放大93万倍,大约是93米,也就是说,如果银河系是一粒细沙,可观测宇宙大概就是一个足球场那么大的球体,你站在球场这头看那头,中间飘着上万亿粒"沙粒"。
这还不够"尘埃"吗?
而且别忘了,这里说的还只是"可观测宇宙"——也就是光来得及到达地球的那部分,在《物理评论D》上发表的一项研究中,科学家根据宇宙微波背景辐射的曲率数据推断,整个宇宙的实际大小很可能远大于可观测范围,甚至可能是无限的,如果真是这样,那银河系连尘埃都算不上,尘埃至少还有个确定的尺寸。
但"尘埃"这个词其实不够准确
写到这儿,我得稍微刹个车,因为"银河系是一粒尘埃"这个说法虽然浪漫,但从物理学的角度来说,它漏掉了一个关键事实。
银河系不是飘在虚空里的,它是一个引力束缚系统,里面的千亿颗恒星、气体云、暗物质晕,都通过引力紧紧关联在一起,它不是一粒散沙,而是一个有结构、有演化历史、有边界的复杂系统。
说的通俗一点:
- 如果你把银河系比作一粒尘埃,那这粒尘埃内部正在发生恒星诞生和死亡
- 中心还有一个400万倍太阳质量的黑洞
- 外围包裹着巨大的暗物质晕,质量是可见物质的5倍以上
- 它还在以每秒600公里的速度,朝着巨引源方向狂奔
这哪里是尘埃?这分明是一艘载着千亿世界、以无法想象的速度穿越宇宙的巨舰。
天文学家卡尔·萨根说过:"我们都是由星尘组成的。"他说的星尘不是比喻——组成你身体的碳、氧、铁,确实都来自恒星内部的核聚变和超新星爆发,从这个角度看,银河系不是尘埃,它是制造生命的工厂。
更有意思的问题其实是这个
如果银河系在宇宙尺度上真的只是一粒沙,那这粒沙上的我们,又算什么?
这个问题我问过自己很多次,每次答案都不太一样,有时候觉得人类渺小得让人沮丧,有时候又觉得,正是因为我们能意识到自己的渺小,才显得特别。
想想看,宇宙花了138亿年,制造出银河系,银河系又花了几十亿年制造出太阳和地球,地球花了十几亿年演化出能思考"宇宙有多大"的——我们,一群生活在银河系猎户旋臂上一个小小行星上的生物,居然能通过观测和数学,搞清楚自己所在的星系在整个宇宙中的位置。
这本身就挺离谱的。
旅行者1号回头拍的那张照片
说到这儿,不能不提1990年旅行者1号拍的那张"暗淡蓝点",当时它已经飞到距离地球64亿公里的地方,卡尔·萨根说服NASA让探测器转个身,给地球拍张照。
照片里,地球只占了12个像素——一个淡蓝色的光斑,悬浮在一束太阳光里,萨根后来写了那段著名的话,大意是:我们所有的爱恨情仇、所有的国王和农夫、所有的宗教和意识形态,都发生在这个悬浮在阳光中的微尘之上。
那次拍摄距离才64亿公里,连太阳系都没出,如果从银河系的尺度看地球,从拉尼亚凯亚的尺度看地球,从可观测宇宙的边缘看地球——我们的存在感会低到无法用任何形容词描述。
但奇怪的是,知道这些之后,我并没有觉得虚无,反而每次被工作压力、人际关系、生活琐事搞得焦头烂额的时候,想想这些尺度,会觉得轻松一些,不是说事情不重要了,而是心态会变——那些让我失眠的烦恼,放在这个尺度下看,确实有点可爱。
还有一个更让人不安的可能性
2018年,牛津大学的一个研究团队在《天体物理学报通讯》上发表了一篇论文,讨论"玻尔兹曼大脑"的现代版本,简单说就是:在真正浩瀚的宇宙中,随机涨落出意识结构的概率,可能远高于演化出智慧生命的概率。
这个观点没什么主流共识,但它引出另一个思考:我们看到的宇宙,会不会只是真实宇宙的一个微不足道的切片?多重宇宙理论虽然在物理学家内部争议很大,但它确实在逻辑上是自洽的,如果多重宇宙存在,那不光银河系是尘埃,我们整个宇宙都可能只是"宇宙海"里一个气泡。
写到这儿,我发现自己已经离晾衣服那个晚上很远了,但那个问题——"银河系也只是一粒尘埃吗"——其实没有标准答案。
从空间尺度上说,是的,银河系在可观测宇宙里,就像体育场里的一粒细沙,从物理结构上说,不是,它是一个有生命的、动态的、极其复杂的星系系统,从我们作为人类的感受上说,银河系是家园,是你抬头看到的所有星星所在的地方。
就像你口袋里那串钥匙,对银行来说不值钱,对你来说却是家的入口,尺度变了,意义就跟着变。
昨晚我又去阳台晾衣服,这次有云,一颗星都看不到,但我知道那些云层后面,银河系的旋臂还在慢慢转动,带着我们这颗小小的蓝点,在拉尼亚凯亚的无尽天堂里继续漂流,洗衣机发出滴滴的提示音,衣服洗好了。