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如果宇宙是一栋楼,银河系大概连一个肥皂泡都算不上

昨晚我站在阳台上,抬头看了很久的星星,突然脑子里冒出一个特别傻的问题:宇宙到底能塞下多少个银河系?

我知道这问题听起来像是小学二年级小朋友问的,但说实话,试着算了算之后,我整个人都不太好了。

先把银河系这个“小东西”搞清楚

银河系到底有多大,这事儿天文学家吵了很多年,有个叫陈学雷的研究员在《中国科学:物理学 力学 天文学》上写过一篇综述,里面提到目前比较公认的数字是这样的:

银河系参数 大约数值
直径 约10万光年
厚度(盘面) 约1000光年
恒星数量 1000亿到4000亿颗
总质量 约1.5万亿倍太阳质量

10万光年什么概念呢?光从银河系这头跑到那头,要跑整整10万年,人类文明到现在才几千年,连光走个零头都不够。

我当时就想,行吧,银河系确实挺大的,但接下来看宇宙的数字,才是真正让人头皮发麻的部分。

可观测宇宙,一个我们永远走不出去的泡泡

这里得先说明一下,天文学家说的“宇宙大小”,其实指的是可观测宇宙,因为光速有限,宇宙年龄大约138亿年,我们能看到的范围,最远也就是光在这段时间里能跑到的距离。

但有个很坑的地方——宇宙一直在膨胀,所以那个发出光的地方,等光跑到我们这里的时候,它本身已经退行到更远的位置了,考虑到这个膨胀效应,目前公认的可观测宇宙直径大约是930亿光年

这是NASA和欧洲空间局的官方数据,源头来自威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)和普朗克卫星的观测结果,Planck Collaboration在2018年发表的最终宇宙学参数论文里,给出的哈勃常数和物质密度参数都指向这个尺度。

这就来算:塞进去要挤成什么样

好,现在有两个数字了:

  • 银河系直径:约10万光年,算它是个扁盘子,体积大约是8×10¹²立方光年
  • 可观测宇宙直径:约930亿光年,算它是个球,体积大约是4×10³²立方光年

小学生除法来了:

如果宇宙是一栋楼,银河系大概连一个肥皂泡都算不上

4×10³² ÷ 8×10¹² = 5×10¹⁹

翻译成人话:如果把可观测宇宙当成一个大箱子,把银河系当成一个个方块塞进去,能塞大约5000亿亿个

这个数字写出来是:50,000,000,000,000,000,000

我盯着这串零看了好久,说实话,这个数字大到已经没法用日常经验去想象了,地球上所有的沙子加起来,据估算大概是7.5×10¹⁸颗,也就是说,宇宙能塞下的银河系数量,比地球上所有的沙粒还要多出将近一个数量级

你下次去海边的时候,抓起一把沙子,盯着其中一粒看看——在那个尺度上,我们整个银河系,连那一粒沙都不如。

如果宇宙是一栋楼,银河系大概连一个肥皂泡都算不上

这事其实还有更深的坑

算的还只是可观测宇宙,重点来了:可观测宇宙不等于整个宇宙。

Alan Guth在1981年提出暴胀理论之后,宇宙学家慢慢意识到,真实宇宙可能远远大于我们能看到的这930亿光年的泡泡,有些模型估算,整个宇宙的大小可能是可观测宇宙的10²³倍甚至更大,如果真是这样,那上面那个"5000亿亿个银河系"的数字,还得再乘上一个没法念的巨大倍数。

更别提暗能量这回事了,Saul Perlmutter、Brian Schmidt和Adam Riess因为发现宇宙加速膨胀拿了2011年诺贝尔物理学奖,意味着宇宙不仅在变大,而且膨胀得越来越快,我们现在数的这些银河系,本质上是在一个不断被吹大的气球上画格子。

我以前觉得,天文学让人谦卑这种话说说而已,但真把数字摆出来,那种感觉不是谦卑,是一种很奇怪的、说不上来的恍惚。

你坐在这里,担心明天开会要说什么,纠结中午吃什么,然后抬头一看——我们整个银河系,在宇宙的大尺度上,连一个像素点都算不上,而银河系里有几千亿颗恒星,太阳只是其中普普通通的一颗。

卡尔·萨根说过一句很出名的话,大意是:天文学是一种让人谦卑并塑造性格的体验,以前觉得是鸡汤,现在觉得,他说得还是太温柔了。

下次晚上要是能看到星星,不妨多看两眼,那些小小的光点,随便哪一颗,都可能是另一个正在思考同样问题的智慧生命所在的地方——而我们彼此之间,相隔的距离以"亿亿个银河系"为尺度来衡量。

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