如果问你宇宙最让人细思极恐的地方是什么?
不是黑洞吞噬一切的引力,不是捉摸不透的暗物质,也不是量子世界里反常识的叠加态。
是尺度,是刻在宇宙骨子里的空旷。
绝大多数人嘴里常说着“光年”,但其实对这个单位完全没有真实概念。
100亿光年和100亿公里,在很多人脑子里没什么区别,反正都是“很远很远”。
但实际上两者差了不止十万八千里:1光年等于9.46万亿公里,约合63240个天文单位,也就是把地球到太阳的距离,整整摞六万三千多层,才凑够1光年。
这种级别的数字,人脑是根本处理不了的,听着全是抽象的零。
所以今天咱们就做个层层递进的思想实验,把庞大的宇宙一步步缩小,缩小到我们日常生活能摸到、能感受到的尺度,你就会明白,宇宙的空旷到底有多让人窒息。
先从我们最熟悉的太阳系说起。
我们先定第一个比例尺:把整个宇宙按10亿比1的比例缩小。 地球原本半径约6000公里,缩小10亿倍之后,就变成一颗半径0.6厘米的蓝色玻璃弹珠,差不多就是你小时候玩的跳棋珠子那么大。
这时候月球有多大呢?半径0.17厘米,就一颗普通的砂石粒那么大。
它和地球的距离是30厘米,大概和你手机的长度差不多。
你现在就可以伸出手比划一下:一颗玻璃弹珠,隔30厘米放一粒沙子,这就是我们的地月系统。
人类所有的探月任务、阿波罗登月、嫦娥探测器,全都在这30厘米的空间里打转,从未走远。
更有意思的是光速。
在这个缩小的世界里,宇宙最快的光速,每秒只能跑0.3米,换算下来每小时大概1公里,跟小区里慢悠悠散步的老奶奶速度差不多。
就这,已经是全宇宙的速度天花板,没有任何物质和信息能比它更快。
再来看太阳。
缩小之后的太阳直径1.39米,差不多一个大号的水上步行球那么大,我们把它放在北京天安门城楼的正中央。
从这个“大火球”出发,往各个方向数行星:
水星在60米外,直径只有0.4厘米,就一颗小小的钢珠,稍微不注意就会忽略;
金星在108米外,直径1.2厘米,是颗泛着金光的弹珠;
我们的地球在150米的位置,差不多旗杆那儿,还是那颗不起眼的蓝色玻璃珠;
火星在200米外,直径0.6厘米,一颗暗红色的小石子。
这四颗就是太阳系的内行星。
你站在天安门城楼上的太阳旁边,往长安街方向望去,这几颗珠子稀稀拉拉散落在几百米的范围内,中间大片区域全是空的,什么都没有。
过了火星再往外,到人民英雄纪念碑的位置,就是小行星带。
别以为小行星带是密密麻麻的石头阵,真实的小行星带里,航天器随便穿过去都碰不到一颗石头。
缩小之后就更直观了:不过是几百万颗尘埃和碎渣,稀稀疏疏飘在那,看着像灰尘,实际上比灰尘还空。
再往外走779米,到毛主席纪念堂附近,就是木星。
木星缩小之后直径13厘米,差不多一个标准篮球那么大,周围围着79颗大大小小的卫星,就像篮球旁边随手撒了一把碎玻璃渣。
土星距离太阳1.4公里,差不多到大栅栏商业街了,直径11.6厘米,像个椭圆的橄榄球,带着一圈薄薄的光环,还有82颗卫星绕着它慢慢转。
天王星的轨道直接翻了一倍,到3公里外的天坛公园,直径5厘米,也就一颗网球大小。 海王星在4.5公里外,差不多北京二环路的位置,直径4厘米,就一颗普通棒球那么大。
到这儿你可能已经有点感觉了:从天安门到二环路这么大一片城区,就这么几个大球小球,剩下的空间全是真空。
但这还远远没到太阳系的边界,八大行星所占的空间,连太阳系的零头都算不上,外面的空间才叫空得离谱。
出了二环路再往外,7.3公里左右,大概三环路的位置,才能碰到冥王星,一颗直径只有0.2厘米的小石子,比米粒大不了多少。再
往外一点,7.7公里是妊神星,0.09厘米,就一粒细沙;7.9公里是鸟神星,0.18厘米的小石子;14公里外的石景山区,是霓神星,0.13厘米的小砂石。
这些就是柯伊伯带里有名有姓的矮行星,稀稀拉拉散落在十几公里的范围内。
我们常说的哈雷彗星,它的远日点大概在5.2公里的位置,也就是中华世纪坛那儿,缩小之后就一颗细菌那么大,肉眼根本看不见。
整个柯伊伯带和离散盘,一直延伸到50公里外,差不多整个北京六环以内这么大的范围,里面飘着数不清的彗星、冰块和尘埃,但密度低得可怜,你开着飞船飞半天,都未必能碰到一个像样的天体。
柯伊伯带之外,才是太阳系真正的边界,奥尔特云。
从距离太阳50公里一直延伸到18000公里外,也就是整整2光年的范围,全是奥尔特云的地盘。
18000公里是什么概念?缩小之后的地球半径才6000公里,也就是说,把地球缩成玻璃弹珠这么大,整个太阳系的奥尔特云,能填满大半个真实的地球。
而太阳系里所有我们熟悉的天体,八大行星、小行星、柯伊伯带,全都挤在中心天安门广场周围几十公里的范围内,外面几千公里全是空的,只有极稀疏的冰粒和尘埃。
在这个尺度里,那位以0.3米每秒慢悠悠踱步的“光速老奶奶”,从太阳出发,8分多钟能走到地球,4个多小时能走到海王星,走到奥尔特云的边缘要走2天,要彻底穿出奥尔特云,得不吃不喝走整整两年。
而我们飞了快50年的旅行者一号,现在才飞到距离太阳22厘米的位置。对,就是22厘米,还没出你书桌的范围。
它要飞出奥尔特云,还得再飞3万年。
它身上带的金唱片,等它真正飞出太阳系的时候,人类文明说不定都已经变了模样。
看到这儿你可能已经觉得太阳系大得离谱了,但别急,这才哪儿到哪儿。
把太阳系放到银河系里,连一粒尘埃都算不上。
银河系的空旷,是另一个量级的。
我们接着缩小比例尺,在刚才10亿比1的基础上,再缩小10万倍,也就是总共1:100万亿的比例。这时候,1个天文单位(日地距离)只有1.5毫米,1光年也才90米。
再看我们的太阳,直径变成了13.9微米。
什么概念?
一根头发丝大概50微米粗,太阳比头发丝的四分之一还细。平时空气中最小的尘埃都有10微米,太阳也就比尘埃大一点点。
我们的地球呢?直径120纳米,比最小的细菌还小,跟病毒差不多大。
没错,就是这么一颗病毒大小的星球上,诞生了生命,诞生了文明,诞生了我们所有人。
我们在这颗“病毒”上建城市、搞科技、打战争、谈爱恨,还在用望远镜往外面看。整个太阳系的八大行星,都挤在直径4.5厘米的一个小圆圈里,也就你大拇指指甲盖那么大一片区域。
我们还是把坐标放在天安门广场,太阳就在城楼正中央。
那离我们最近的恒星在哪儿?
400米外的人民英雄纪念碑附近,就是半人马座三星系统,其中那颗最小的比邻星,是离我们最近的恒星,直径150纳米,也就比地球大一点,是颗温度很低的红矮星。
25万个天文单位的距离,在太阳系尺度看是无法逾越的天堑,在银河系尺度看,就跟门对门的邻居一样。
再往外数:
500米外人民大会堂旁边,是蛇夫座的巴纳德星,正在以很快的速度朝我们靠近;
600米外故宫午门的位置,是两颗棕矮星组成的Luhman 16系统,算不上正经恒星,更像“没点燃的煤球”;
700米外新华门,是狮子座的沃夫359和大熊座的拉兰德21185,都是又小又暗的红矮星;
800米外国家歌剧院的位置,就是大名鼎鼎的天狼星,夜空中最亮的星。它其实是个双星系统,一颗明亮的主序星,带着一颗白矮星伴星。我们的旅行者一号,按照现在的方向和速度,十万年后才能飞到天狼星这儿。
900米外故宫太和殿,是和太阳最像的恒星,波江座天苑四;
1000多米外故宫保和殿,是小犬座的南河三。
你可以算一算:以天安门为中心,方圆1公里也就是11光年的范围内,一共才32颗恒星。
就32颗比尘埃还小的亮点,稀稀拉拉散落在1公里的球体空间里,剩下的全是真空,空得让人发慌。这还是银河系里恒星密度比较高的猎户臂,我们生活的地方,都空成这样。
那些银河系的悬臂之间,更是空得几乎什么都没有。
再远一点,1.4公里外的前门,是天蝎座的牛郎星;2.1公里外的琉璃厂,是天琴座的织女星。
我们从小听牛郎织女鹊桥相会,实际上他俩隔着16光年,在这个尺度里就是700多米的距离,别说鹊桥了,就算用光信号传句话,一来一回都要32年。等对方收到回复,早就物是人非了。
3.6公里外的先农坛,是人马座χ¹星。
上世纪70年代,人类接收到一个著名的“Wow!”信号,据说就是从这儿发出来的。
这是人类有史以来最像外星文明信号的一次电磁波,可惜后来再也没收到过重复的。现在想想也正常,这么远的距离,信号衰减到几乎没有,能收到一次都算撞大运了。
如果我们想找外星邻居,找宜居星球,最近的候选者在哪儿?
40公里外的首都国际机场位置,是天鹅座的开普勒186恒星,它的行星开普勒186f,是人类发现的第一颗和地球大小差不多、还刚好在宜居带里的类地行星,上面可能有液态水,有稳定的大气。
496光年的距离,听起来不远,但在这个尺度里已经到机场了。
如果人类想移民过去,就算能达到光速的百分之一,也要飞将近5万年,差不多是整个人类文明史的长度。
50公里外的八达岭长城,是开普勒22b,一颗被认为完全被深海覆盖的“水世界”,体积是地球的2.4倍,说不定里面有奇怪的海洋生物。
120公里外的天津附近,是开普勒452b,和地球相似度非常高,被称为“地球表哥”,公转周期385天,跟地球差不多。
我们最快的探测器新视野号,现在才飞了7.5厘米远(也就是50个天文单位),要飞到开普勒452b,得花2500万年。
240公里外的河北秦皇岛,是开普勒69c,据说生态环境最接近地球,轨道距离和地球到太阳差不多。
再往远了说,70公里外密云水库附近,是我们熟悉的北极星; 135公里外的河北保定,是猎户座的马头星云,著名的星际尘埃云,横跨20光年,看起来像一匹骏马的侧脸,实际上里面稀薄得很,每立方厘米没几个原子,比地球上最好的真空还要空。
190公里外的河北衡水,是狐狸座的脉冲星PSR B1919+21,人类发现的第一颗脉冲星。
当年天文学家第一次收到它的脉冲信号,周期稳定得惊人,还以为是外星文明的“小绿人”发来的信号,后来才知道是高速旋转的中子星。它每秒转一圈多,像宇宙里永不熄灭的灯塔,不停地扫过太空。
450公里外的山东潍坊,是银河系里有名的巨星,盾牌座UY。
它是一颗红超巨星,直径曾被认为是太阳的1800倍,缩小之后也有2.5厘米,比乒乓球还大一点。光绕它赤道走一圈,都要8个小时。
这么大的恒星,其实密度非常低,是个虚胖的“大个子”,晚年很可能会坍缩成黑洞。
360公里外的山东聊城,是人马座的礁湖星云,也叫“万马奔腾”星云,里面有无数恒星诞生、死亡、爆炸,各种气体尘埃结构交织在一起,在望远镜里蔚为大观。
600公里外的江苏徐州,是巨蛇座的创生之柱,哈勃望远镜拍的经典照片,三根巨大的气体尘埃柱,像宇宙里的山峰,里面正在孕育新的恒星。
也正是因为这团尘埃挡在中间,我们在可见光波段根本看不清银河系中心的样子,只能靠红外望远镜穿透尘埃去看。
640公里外的河南商丘,是豺狼座的SN 1006超新星残骸。
这是人类有记录以来最亮的超新星,爆发于公元1006年,也就是宋朝景德年间。当时它的亮度达到了-7.5等,比满月还亮,晚上都能照出人影。
《宋史》里专门记载了这颗“客星”,连远在美洲的印第安人都在岩石画上留下了它的痕迹。一颗几千光年外的恒星爆炸,能让地球的夜晚亮如白昼,你想想那能量有多大。
1800公里外的广州,是1604年爆发的蛇夫座超新星,也叫开普勒超新星。
这是人类历史上第一次完整记录全过程的超新星爆发,持续了整整两年,最亮的时候比金星还亮,白天都能看见。
《明史》里写它“色赤黄,见西南方,至十月而隐”。 同样1800公里外云南红河方向,是船底座的NGC 3603星云,号称“太空烟花”,里面全是几百万年内新生的恒星,是银河系的“恒星育婴室”。
再往银河系中心走,2340公里外的海南三亚,是人马座的牡丹星云,里面藏着一颗超级恒星WR 102ka,质量是太阳的200倍左右,已经超过了理论上恒星的质量上限,天文学家至今都没搞明白它为什么能稳定存在。可惜被创生之柱挡住了,肉眼看不见,只能用红外观测。
银河系的真正中心,在2900公里外的南中国海方向,距离我们26000光年。
那里是整个银河系的心脏,几百亿颗恒星挤在中心5000光年的范围内,最中间是一个超大质量黑洞,人马座A*,质量相当于430万个太阳。
它的事件视界缩小之后也只有440微米,不到半毫米,但却牵着整个银河系的上千亿颗恒星绕着它转。
2022年人类终于拍到了这张黑洞照片,那个模糊的亮环,就是它吸积盘发出的光。
从中心再往外走6000公里,也就是7万光年的位置,就到银河系的边缘了。
整个银河系缩小之后,差不多又是一个真实地球那么大的球体,里面装着上千亿颗恒星,平均每颗恒星之间相隔几光年。
换算成我们日常的感受,就相当于两个乒乓球,相隔几千公里,中间什么都没有。
这就是银河系,空旷,寂寥,恒星像尘埃一样散落在巨大的空间里。
宇宙的空旷,最让人绝望的地方在于,它几乎从物理层面锁死了星际航行的可能。
很多科幻小说和电影里,星际飞船就像出租车一样,在星球之间穿梭,警匪追逐,掠过一个又一个星球。但那都是假的,是对宇宙尺度的彻底无知。真实的星际航行,是文明级别的旅程,是要用整个文明的寿命去赌的。
就拿去天狼星来说,8.6光年,在银河系里真的就是家门口的距离。但就算我们能造出十分之一光速的飞船,也要飞将近90年。
人的寿命根本不够,所以只能造世代飞船,一艘巨大的、自给自足的飞船,上面住几千上万人,一代一代在飞船上出生、长大、老去。
飞船用两千年加速,三千年巡航,再用两千年减速,总共七千年才能到天狼星。
七千年是什么概念?
人类从黄帝传说到现在,也才五千年。
飞船上的人,会经历无数次王朝更迭,文化会演变,语言会变化,甚至连出发的目的都会被遗忘。地球会变成古老的神话,天狼星会变成宗教里的圣地。等飞船终于到达的时候,上面的人可能早就不记得自己为什么出发了。
而这,还只是去最近的几颗恒星之一。
如果要去开普勒186f,496光年,那就是几万年几十万年的旅程,足够人类从原始社会发展到现代社会好几次了。等飞船到达目的地,上面的文明,和地球上的人类,可能早就不是同一个物种了。
更绝望的是光速本身。
在这个1:100万亿的银河系尺度里,光速只有3微米每秒。
什么概念?
一只蜗牛爬行的速度,都比光速快300倍。光走5个小时,才能走过你拇指那么长的距离;要穿过长安街,得走整整一年。
连宇宙最快的光都慢成这样,我们的飞船又能快到哪儿去?理论上,我们永远也达不到光速,只能无限接近。而接近光速需要的能量,是天文数字。
还有通讯的问题。
人类发出的电磁波,在太空里衰减得非常快。
就算是我们最大功率的射电望远镜,发出的信号传到比邻星,也已经弱到几乎无法识别了。就像你在大海里扔一颗石子,激起的波纹传不了几公里就消失了。
所以费米悖论问:“外星人都在哪儿呢?”,答案可能特别简单:宇宙太大了,太空了。
每个文明都像被困在无边大海上的孤岛上,隔着茫茫的海水,互相看不见,也到不了。我们发出的信号传不出去,别人的信号我们也收不到。
可能银河系里有无数文明,但它们永远也碰不到面,就像沙漠里的两粒沙子,永远不会相遇。
你以为银河系已经够大了?
不,银河系也只是宇宙里的一粒沙。
银河系外面,还有别的星系。
离我们最近的是大小麦哲伦星云,是银河系的伴星系,只有十几亿颗恒星。
再远一点,254万光年外,是仙女座星系,和银河系差不多大,也是本星系群里的两个大个子。
254万光年是什么概念?
就算是光,也要走254万年才能从仙女座到达地球。我们现在看到的仙女座的光,还是人类祖先还在非洲大草原上打猎的时候发出来的。
那时候人类还没走出非洲,等这束光走到地球,人类已经遍布全世界,还造出了望远镜。
如果我们继续玩缩小游戏,把银河系缩成天安门上的一粒沙,那本星系群就有整个地球那么大,里面有几十个星系,稀稀拉拉散落在里面。仙女座星系距离我们,就相当于从北京到上海那么远,中间全是空的。
再往上,本星系群属于室女座超星系团,里面有几百个星系团,跨度1.1亿光年。
室女座超星系团又属于拉尼亚凯亚超星系团,像一张巨大的网,我们的银河系只是网上的一个不起眼的小点。
我们的太阳系,连小点都算不上。
再往上,还有更大的宇宙结构,比如史隆长城,几亿光年的星系连成一条线,像宇宙里的山脉。还有巨大的宇宙空洞,几亿光年的范围内,几乎一个星系都没有,空得让人头皮发麻。
而我们的可观测宇宙,直径930亿光年,里面有至少两万亿个星系,每个星系有上千亿颗恒星。
但可观测宇宙也只是宇宙的一部分。
因为宇宙在膨胀,而且远处的膨胀速度超过了光速,所以那里的光永远也到不了地球,我们永远也看不见。宇宙到底有多大?没人知道。
可能是无限的,也可能比我们想象的还要大得多。
我们一层一层缩小比例尺,从地球到太阳系,到银河系,到星系团,到超星系团,最后到可观测宇宙,就像俄罗斯套娃一样,一层比一层大,一层比一层空旷。
每一层的空旷,都超出上一层的想象。
说到这儿,可能你会觉得有点压抑,有点绝望。
人类这么渺小,宇宙这么大,我们做的一切还有意义吗?
其实换个角度想,也正是这份空旷,才显得生命的珍贵。
你想啊,在这么大、这么空的宇宙里,在一颗病毒大小的星球上,一堆无意识的原子,居然能组合成生命,能思考,能抬头看星空,还能去丈量宇宙的尺度,去追问宇宙的起源。
这本身就是一件概率小到几乎不可能的奇迹。
我们所有的故事,所有的爱恨情仇,所有的文明历史,所有的伟大和渺小,都发生在这颗悬浮在阳光里的尘埃上。
我们很渺小,但我们也很了不起。
下次你抬头看星空的时候,别忘了:你看到的每一颗星星,都隔着几年、几十年、上千年的空寂空间;那些光子穿越了茫茫宇宙,走过了漫长到无法想象的距离,才落到你的眼睛里。
而你,作为这颗尘埃上的生命,正在和整个宇宙对话。
宇宙的空旷不是用来让我们绝望的,是用来让我们敬畏的。
敬畏它的浩瀚,也敬畏我们自己。
在无尽的空旷里,依然努力发光的小小生命。
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