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【“我们的征途是星辰大海！”走出地球、走出太阳系是人类最重要的梦想之一；在科幻作品中，宇宙大国、星际争霸也是“标配”。不过细究起来，宇宙真的只是空空荡荡的“大海”，星辰在“海”中只有细菌大小，而且相距甚远。从另一个角度看，或许我们人类太“实”了？】 有人问：恒星占可观测宇宙多少体积？他还想要一个数量级差不多正确的比值。 答案是：很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小。 以上每个“很小”代表一个小数点后面的0，依然不够形容恒星的小，用沧海一粟来形容都嫌太大啊。 这么说吧，银河系包括上千亿颗恒星，但两个像银河系这么大的星系对撞。却几乎不会有2个恒星对撞的事情发生。就像2群蜜蜂或者鸟群对飞，互相穿越的时候有干扰，有绕飞，但就是没有撞上的。恒星没有脑子，就是个结构简单的实心球，不会闪避，你可以想象这么多随机的球体居然没撞上。可见相对星系的规模，恒星几乎可以视为质点。 具体来说，银河系的直径约为十万多光年，中心厚度约为1万光年。（实际上将星系描述成圆盘或者铁饼是不准确的，圆盘的两侧也有很大空间是星系，但这里忽略）。那么，粗略计算，银河系的体积差不多是80万亿立方光年。用2千亿恒星去除，平均每个恒星是400立方光年的样子；开立方，恒星平均占据的立方格大小只有7光年。听起来不多是不是？这个数字也和我们直观的数量级差不多——比邻星在4光年外（当然这个测算不太准，因为比邻星实际上是个三合星，即3颗恒星聚在一起互相绕行，参见《三体》，但也不影响最终结果。因为你要问的是恒星的体积，分成三个星不影响讨论）。 不过，光年是9.4607×10的15次方米，7光年差不多就是6.6×10的16次方米。 太阳的半径呢？70万千米——0.7×10的9次方米。 这样除一下，在线性尺寸上。恒星的平均距离就是太阳半径的1×10的8次方倍，即一亿倍，听起来还好吧。一亿倍的三次方，就是10的24次方倍。你看，这就是“星系内部”恒星和周围空间的比较。这听起来是不是毫无感觉？我们换个直观的计算方案。 太平洋的宽度按照2万公里算，就是2千万米，除以一亿，居然还有0.2米的大小。你把你的手机和平板打个包，扔到太平洋里，就是把太阳放到正常银河系空间的效果。听起来比沧海一粟强很多呢，我要不要吃回开头的话？当然不必，因为太平洋差不多是一张纸（2万公里级别的横宽，几公里级别的厚度），换成立体效果，立刻跌了好几个数量级。 另外一个不必吃掉“沧海一粟”的理由要更充分一些——银河系本身是个恒星密集区啊。相对周围的空间，银河系本身又是小把戏了。麦哲伦星系离我们比较近，20万光年的样子。不过麦哲伦星系本身算是银河系的“卫星”，再往外要220万光年才到仙女座星系。星系和星系之间也有流浪恒星，但占全部恒星的比例不会比中国人中的变性人比例高，忽略。总之，考虑到星系之间的距离，如果把星系里的恒星打散到周围的空间，太平洋里的平板电脑立刻变成了太平洋里的浮游生物乃至细菌。这个比例是不是让你感到很爽呢？ 这还没完！ 即便是银河系周围的空间，也是难得的星系密集区。即本星系群，相对星系群乃至超星系群之间真正的“空间”，星系群又是个热闹地方了。但由于星系群之间的距离估算已经很粗糙了，我这里就不继续往上算了。 总之，你想象一个长宽高都有2万公里的超级水族箱。（实际尺度的太平洋也只是这个水族箱表面的一层膜）里面有一个直径几微米，需要强大显微镜才能看到的细菌，那是我们的太阳。这个水族箱内部有且只有太阳这么一个细菌。细菌周围还有几个更细小的病毒，距离细菌身长100倍的地方，有个病毒就是我们的地球。略远处有个大病毒是木星……这就是我们的星际空间。无数个水族箱在三维空间排列到一起，其中一个水族箱的病毒要去掠夺另一个水族箱了，这就是《三体》描绘的星际战争。 宇宙有多空？要多空有多空！ 最后补充一个说明：以上计算很粗疏，大刀阔斧地四舍五入，甚至计算0的数量都可能数错，不过——无所谓！！考虑宇宙学问题请用对数坐标，如果你估算某个数字是100万，那么观测值如果在1000万和10万之间，你的理论就很精确了。具体到这个问题，我多算了两个0，少算了两个0，真的不影响你的感受。上帝不在乎，主不在乎，我当然也不在乎。既然太阳相对周边空间是一个立起来的太平洋里面的细菌，我们就是这个细菌身上的细菌，而真正的细菌则是细菌尺度的三次方——我等蝼蚁中的蝼蚁何必在乎那两三个0呢…… ————————宇宙与人的分割线———————— 宇宙空荡荡，这是从我们人类的角度说的。我们人类是一种密度很大——没错——就是密度很大的生物。构成人类的物质，每立方厘米大概有10的23次方个原子。整个宇宙的密度呢，目前估算还谈不上准确。大概是每立方米0.1-10个氢原子。虽然宇宙中有很多物质比人类密度大，但总的来说，人类自身是宇宙中的高密度物质。不仅比大部分空间的密度大，比星云的密度大（星云已经是高密度地区了），甚至比许多恒星的密度也要大。从我们这个角度去观察，自然会说宇宙是空荡荡的。但是，既然我们认识到了这一点，就该想到，或许我们把“实”的标准定的太高了，所以觉得宇宙很空。但如果我们换个思路，换个视角，设想一下宇宙中或许有很多密度很低的观察者。他们未必就认为宇宙很空。比如说某些星际生物，漂浮在气态行星的上层，或者干脆生活在宇宙空间，身体庞大到上亿公里。从他们的角度看，或许宇宙不仅不空旷，反而很拥挤呢，没准他们一转身就会“碰到”另一个低密度生物。至于我们人类和地球，在他们看来或许就是坚固但微小的礁石。让你从他身体里穿过去也没什么。 当然，在我们看来，低密度生物似乎有个致命的问题——那么低的密度，如何连接身体的各部分？分子之间不相邻怎么维持生命的运转？ 这实际上涉及到另一个定义——什么是“挨着”？我们说我“碰到”了一个分子，是真的“碰到”了么？无非是我们手按上去的时候，电磁力互相排斥，把我们的手挡住了。所以我们说“碰到”了。换句话说，你碰到一个东西，无非是碰上了“场”。或是电磁场或是引力场，总之就那么4种基本作用力。一个物体“存在”，就是体现为对各种“场”的反应。对于物理学家来说，“场”就像椅子一样实在。从这个角度说，宇宙一点都不“空旷”。我们能看到星光闪耀，就是电磁场穿越上百亿光年的空间，和我们的眼睛互相作用。至于引力场，星球和星系大范围的磁场。那更是无所不在。我们是高密度生物，所以要很强的场才能让我们清晰地体会，但对于低密度生物来说，即便在远离星体的空间内，也可能清晰地感受到星体的引力场、电磁场，在比冥王星还远几十倍的地方，就能体会到“强劲”的太阳风。这样的生物，自然可以用（对人类而言）微弱的电磁场、引力场维持自己身体结构的整体性。从我们的角度来看，那可能就是比地球轨道还大，比太阳系还大的一片“真空”中的微弱变化。在这样的观察者看来，宇宙是一个充满物质的温暖世界。 归根结底，宇宙不是为我们而生。我们许多对宇宙的描述首先要受限于我们的感官，进而受限于我们感官确定的潜意识。即便我们有了射电望远镜，有了中微子测量器，我们依然没法直观地想象其他观察者眼中的宇宙。但我们可以反过来向微观想象一下。在经典的原子模型中，原子也是个很空旷的地方，一个像蜜蜂那样大的电子，在一座山那么大的空间里，围绕着中间一个足球大小的原子核飞行。当然我们现在知道原子并不能简单地用如此经典的模型去形容。但我们至少知道，其实原子也是很“空旷”的。在中子星上，原子核紧紧地排列到一起，每立方厘米的物质有上亿吨重。这样的物质内部也有波动，也有各种作用，未必不会产生基于这种高密度的生物。在他们看来，人类和真空区别不大，他们眼中的宇宙相比会更“空旷”，甚至他们未必能知道地球这种星体的存在。难道说我们就不存在么？ 这都是视角问题。总之，物质本身没有绝对的一个密度尺度，“宇宙空旷”这个形容词背后隐含着人类对“通常”密度的一个定义。这样的定义可以让我们日常生活便利，但绝对无助于我们考虑宇宙尺度的问题。 以下是题外话，郑重推送我此前给《宇宙过河卒》写的一个书评，也和宇宙的空旷有关系。
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来源：观察者网
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责任编辑:陈轩甫
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