刚才算了一下,一块面包够我吃一顿,那银河系够吃几顿?
说出来你可能不信,我今天早上是被这个问题砸醒的,对,就是字面意思——烤箱“叮”的一声,面包好了,我迷迷糊糊撕了一块塞嘴里,脑子里突然蹦出来一句:“这块面包的热量,够我活一顿饭的时间,那银河系,够我吃多久?”
我知道这想法很疯,但我就是那种人,吃着早饭会掏出手机按计算器,而且我发现,一旦你开始算,这事儿还真有点上头。
先从一块面包说起
我那块面包不大不小,80克,看一眼包装袋上的营养成分表,每100克大概1200千焦,掰手指头算一下,整块面包差不多960千焦,换算成我们更熟悉的大卡,就是230大卡左右。
一个成年人安安静静坐一小时,大概消耗70到100大卡,这块面包提供的能量,刚好够我身体运转两三个小时——差不多就是一顿饭的功夫,你看,这个前提很扎实:一块面包等于一顿饭的能量预算。
好,面包这块地基打好了,现在我们往上面盖银河系。
银河系这个“超级面包”有多重
银河系不能用厨房秤称,天文学家有他们的一套办法,他们观测恒星绕银河系中心跑的速度,反推整个星系的总质量,根据《天体物理学杂志》上那些让人头大的论文,银河系的总质量大概是5万亿倍太阳质量。
这个数字大到什么程度呢?我给你拆开看看。
太阳的质量是1.989乘以10的30次方千克,把那个小数点往后挪30位,写到纸上的话,2后面跟着30个零,一张A4纸都写不下,所以银河系的总质量大概是3后面跟着42个零,单位是千克。
别急着晕,这才是第一步。
一个关键问题:银河系里能吃的有多少?
直接说“银河系”太笼统了,就像你不能把一整头牛连骨头带毛一起下锅,我们得看看银河系里到底哪些部分能转化成热量。
我查了查天文学资料,银河系的构成大概是这样的:
- 恒星占了绝大部分质量,大约85%到90%
- 气体和尘埃这些星际物质占10%左右
- 剩下的零星部分是暗物质、黑洞什么的
暗物质咱先排除,它不参与核反应,没法“吃”,黑洞能通过霍金辐射释放能量,但效率低到可以忽略,也踢出去,星际气体主要是氢,这个是好东西,聚变起来嘎嘎猛,恒星本身就是巨大的聚变反应堆,当然算。
所以我们保守估计,整个银河系大约90%的质量是可以通过核聚变释放能量的。
算到这儿,我开始怀疑人生了
一块面包的能量是230大卡,我的身体消化这块面包,属于化学能释放,效率极低——就是把碳氢键掰开,把电子挪个位置,能榨出来的油水很少。
但银河系走的是核聚变路线,氢原子核强行捏成氦原子核,根据爱因斯坦那个著名的E=mc²,质量亏损千分之七直接变成能量,这个效率比化学能高出几百万倍。
这就是为什么,一斤氢聚变产生的能量,比我吃一辈子面包都多。
来,我们硬算一下。
银河系可参与聚变的质量,按90%算,是1.35万亿倍太阳质量,全部聚变释放的能量,用E=mc²跑一遍,得到的结果用大卡表示——数字长得我手机计算器直接放弃了,换科学计数法写:
大概是2.6后面跟着56个零,单位是大卡。
而一块面包是230大卡。…
银河系够我吃1.1乘以10的54次方顿饭。
一顿饭算两小时的话,这够我活2.6乘以10的50次方年,宇宙现在的年龄才138亿年,也就是1.38乘以10的10次方年,这个数跟前面那个一比,像一粒灰尘搁在撒哈拉沙漠里。
等等,这个算法太理想化了
上面那个数字大得没有意义了,因为有一个现实问题拦在路中间:谁能把整个银河系点着了当柴烧?
自然界里,像太阳这样的恒星,终其一生也只能烧掉自身质量的10%左右,大质量恒星死得快,烧的比例更少,小质量恒星抠抠搜搜烧一百亿年,还是只烧一小撮,剩下的质量会被抛出去变成行星状星云,然后就没有然后了。
| 项目 | 数值 |
| 一块面包热量 | 230大卡 |
| 一顿饭能撑 | 2~3小时 |
| 银河系总质量 | 约1.5万亿倍太阳质量 |
| 可聚变质量占比 | 约90% |
| 自然聚变实际利用率 | 不到10% |
| 银河系“实际产粮” | 约太阳质量的1350亿倍完全聚变 |
| 够吃顿数(理论值) | 约1.1×10⁵⁴顿 |
所以如果考虑自然过程的实际利用率,整个银河系历史上所能释放的总能量,大概只有我前面算的那个数字的十分之一不到,即便如此,它也依然庞大到让我觉得自己的存在渺小得像一颗转瞬即逝的火花。
这块面包突然变得更香了
算完之后,我看着手里剩下的半个面包,愣了得有半分钟。
不是什么哲学顿悟,就是很朴素的感受,银河系有2000亿颗恒星,每一颗都比地球大不知道多少倍,而我手里的这坨小麦粉发酵烤出来的东西,居然能让我这个由一堆原子堆起来的人形生物,继续走动、说话、胡思乱想好几个小时。
能量是个很公平的东西,面包里的化学键断开,电子重新排布,释放出来的那一点点热量,被我的细胞老老实实收下,变成ATP,驱动肌动蛋白拉着肌肉纤维滑来滑去,这个过程不壮观,甚至有点笨拙,但它确实在发生。
银河系在那里转了上百亿年,恒星的聚变光芒穿过几万光年的真空,而我在厨房里嚼着面包,琢磨怎么把它吃干抹净。
下次再有人说“你算老几”,我大概会回答:按能量守恒,我算银河系数十亿亿亿亿分之一顿饭吧,不多,但好歹也能凑个分子。
面包凉了,我去热一下。