银河快报

晚上遛弯时闺女问了我一个宇宙级难题,一个银河系到底有几个宇宙?

昨晚带着闺女在小区遛弯,她突然拽了拽我的衣角说:“爸,老师说我们住在银河系里,那银河系里有几个宇宙啊?”我当时差点被自己绊倒,这问题听起来像个绕口令,但仔细想想,大人们其实也经常这么问——只不过换了个说法:宇宙到底有多大?银河系外面还有别的宇宙吗?

我得先把这事儿掰扯清楚,因为问题本身就藏着一个美丽的误会。

先把账算明白:银河系和宇宙,谁是谁的谁

这俩根本不是同一个量级的东西,我用一个不太严谨但好懂的方式来说:

  • 银河系是一个巨大的恒星系统,里面有大概1000亿到4000亿颗恒星,太阳只是其中一颗不起眼的小角色,银河系的直径大约10万光年,光从这头跑到那头都得跑10万年。
  • 宇宙是所有空间、时间、物质、能量的总和,目前人类能观测到的宇宙直径大约是930亿光年,里面塞着至少2万亿个星系。

关系其实很直白:

晚上遛弯时闺女问了我一个宇宙级难题,一个银河系到底有几个宇宙?

层级地球属于……
行星地球
恒星系太阳系
星系银河系
星系群/团本星系群
超星系团拉尼亚凯亚超星系团
可观测宇宙包含以上所有

所以答案是——一个银河系里没有宇宙,恰恰相反,是银河系住在宇宙里头,闺女的提问就像在问“咱们小区里有多少个中国?”——前提就弄反了。

(图片:银河系在可观测宇宙中的位置示意图,一个红色小点标注“太阳系在这里”,另一个更小的圈标注“银河系直径10万光年”,外面是大片标注“可观测宇宙930亿光年”的区域)

那科幻电影里说的“多重宇宙”又是怎么回事

话说到这儿,我估计有人会想起《瞬息全宇宙》或者《蜘蛛侠:平行宇宙》,那些故事里确实有“另一个宇宙”的说法,好莱坞把这个概念炒得家喻户晓,那这里说的“宇宙”和我们刚才聊的“宇宙”是同一个东西吗?

晚上遛弯时闺女问了我一个宇宙级难题,一个银河系到底有几个宇宙?

算是一家人,但住的楼层不一样,这里的“宇宙”指的是多重宇宙或者叫平行宇宙,是一个理论物理里的假说,不是说银河系里塞着几个宇宙,而是说在我们这个宇宙之外,可能还存在着其他宇宙,常见的理论版本有好几种:

  • 暴胀多重宇宙:麻省理工学院的阿兰·古斯(Alan Guth)在1980年代提出的暴胀理论认为,宇宙大爆炸后极早期经历过一次指数级膨胀,在这个框架里,暴胀可能在不同的区域停下来,形成一个个“气泡宇宙”,我们住的那个气泡就是我们的宇宙,外面还有无数个别的气泡,这种想法后来被安德烈·林德(Andrei Linde)进一步发展成“永恒暴胀”模型。
  • 量子力学的多世界诠释:休·埃弗雷特(Hugh Everett)在1957年提出,每次量子事件发生分支,就会产生一个新的平行世界,你在那个世界里可能没看这篇文章,但在这个世界里你正在看。
  • 弦理论景观:根据弦理论的计算,可能存在10^500种不同物理常数的真空态,每一种都可能对应一个性质完全不同的宇宙,这个数字大到我念都念不出来,伦纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind)的《宇宙的景观》这本书专门聊过这个。

这几个理论有个共同点:不管哪个版本,银河系都只是我们这一个宇宙里的一个普通星系,它没本事装下另一个宇宙,因为它自己就是宇宙里的沧海一粟。

(图片:多重宇宙概念艺术图,若干个气泡状的“宇宙”漂浮在背景中,每个气泡内部都有星系结构,其中一个气泡放大能看到银河系的螺旋形状)

晚上遛弯时闺女问了我一个宇宙级难题,一个银河系到底有几个宇宙?

为什么这么多人会把这两个概念搅在一起

我觉得这事儿真不能怪老百姓,天文学里的词儿日常用得本来就少,“宇宙”这个词在我们的语言习惯里又经常被当成“特别大的空间”来用,比如有人说“我脑子里有个小宇宙”,他肯定不是说脑袋里有个930亿光年的时空结构,对吧?

加上科幻作品一渲染,银河系听起来就够大了,宇宙好像也就那么回事,很多人就下意识地把银河系当成一个“大容器”,宇宙当成“更大的容器”,然后开始琢磨一个大容器能装几个小容器,逻辑上没毛病,只是碰巧这两个词在科学上有严格的从属关系。

顺便说一嘴,天文学里的命名层级其实挺有意思的,我们把太阳系所在的星系叫银河系,英文是Milky Way,来自希腊神话里赫拉洒出的乳汁,而“星系”这个大类叫galaxy,这个词本身就是从希腊语的“奶”来的,其他星系比如仙女座星系,英文叫Andromeda Galaxy,严格说起来翻译成“仙女座银河”其实更贴近原意,想想也挺浪漫的——夜空里每一个模糊的光斑,都是一个“银河”,几千亿个银河挂在黑暗里,而我们只是其中一个银河里的一粒尘埃旁边的一颗行星。

直接给个能拿得出手的答案

如果下次你家孩子也这么问——“一个银河系有几个宇宙?”,你可以这样说:

零个。银河系是宇宙里的一个小零件,就像一片叶子长在树上,你没办法问“一片叶子里有几棵树”,但宇宙可能不止一个,科学家管这个叫多重宇宙或者平行宇宙,那些宇宙是并列关系,不是谁装在谁里面,至于平行宇宙到底存不存在,目前还没有实验能给出确切答案,爱因斯坦的相对论也好,量子力学也好,都还没把这条路走通,这是21世纪的物理学家们正在啃的硬骨头,说不定以后就是你家小朋友去啃了。

我闺女听完之后沉默了三秒钟,然后说:“哦,那就是说,宇宙是个大西瓜,银河系是西瓜籽?”我说差不多就是这个意思,她满意地点点头,继续踢石子去了,不知道她小脑瓜里又在酝酿什么下一道宇宙级难题。

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