用日常事物比喻宇宙大小,930 亿光年到底有多长?
发布时间:2024年09月07日 10:04
我们还可以给出一个数字来表示宇宙的大小——如果我们指的是可观测宇宙,那么这个数字是 930 亿光年。
可观测宇宙
图片来源@Z.
但抛出一个数字似乎并不能真正解决问题,我们仍然无法理解宇宙到底有多大。是否可以用日常物品来比喻?
930 亿光年换算成米,大约是 1E+27 米,也就是 1 后面跟着 27 个零。如果一定要写出来,就是
米
我们来看一些常见的长度:一般人身高不超过2米,汽车大概4-5米长,篮球场大概30米长,足球场大概100米长,世界最高建筑哈利法塔也不超过1000米,再高就超出一般人的认知了。
宇宙的大小与人类的认知范围到底有多大差距?
000次
或者
24 个数量级
人类的大脑不可能直接消化24个数量级的差异,因此我设计了一个思想实验,试图展示如此巨大的数量级差异意味着什么,同时让整个过程尽可能贴近日常生活,让普通人易于理解。
准备
在进行实验之前,我们首先要在头脑中把自己从现在的世界抽离出来,成为一名观察者,这样我们之后对世界做的任何改变都不会影响到我们作为观察者的身份。
斯坦·李 (Stan Lee) 是一位观察者
图片来源:电影《银河护卫队2》
当我们准备好了,我们就会转身重新审视世界。
一阶世界
我们不妨把现实世界称为一阶世界。在一阶世界中,肉眼的分辨极限,大约是一根头发的粗细——0.1毫米。接下来我们做第一个操作:把一个正常的成年男性缩小到一根头发的粗细。
如果我们将成年男性的身高取为1.8米,那么换算比例就是1:18000,当一个正常人缩小18000倍时,整个世界也会缩小18000倍,我们把这个缩小的世界称为二级世界。
二阶世界
在这个二阶世界里,每个人都只有一根头发那么高(姚明的身高大约是1.3根头发)。
一只长颈鹿有三根人类的头发那么高,你的书桌上可以放一张城市的三维地图,一场马拉松的距离相当于2.3米,地球的直径大约是700米,相当于一阶世界的哈利法塔(828米)。
哈利法塔
图片来源@
应该说二阶世界还是挺有意思的,不过距离我们的终极目标还差得很远,我们必须继续前行,将整个世界缩小一万八千倍,才能进入三阶世界。
第三世界
此时,马拉松的距离如同一根头发丝般粗细,地球的直径只有4厘米,月球大小1厘米,木星43厘米,太阳直径约4.3米,相当于一阶世界一辆小型汽车的长度。
三阶世界是星辰的天堂,这里就给大家介绍几颗著名恒星的大小:北极星123米,参宿四300米,著名的灯泡天津四近1000米,亮得让人眼花缭乱。著名的红超巨星参宿四是一个大家伙,直径有4000米,几乎相当于一阶世界的珠穆朗玛峰的一半高度。
地球似乎已经够小了,那么此时可观测的宇宙到底有多大呢?
米
或者
约300光年
依然是一个难以想象的庞大数字。而且我们才走了8个数量级,也就是三分之一的路程。现在继续把第三阶世界缩小一万八千倍,进入第四阶世界。
第四世界
好了,在四阶世界我们终于可以把太阳系放进房子里了。当然,这里我们指的是一阶世界的房子。
此时的太阳只有两根头发丝那么大,水星距离太阳1厘米,金星距离太阳2厘米,地球距离太阳2.6厘米,火星距离太阳约4厘米。
再远一点,木星距离太阳13厘米,土星距离太阳24厘米,大约相当于一台iPad的长度,天王星距离太阳50厘米,海王星距离太阳77厘米。
目前飞行距离最远的人造物体是旅行者1号,距离地球近4米。
航海者1号
图片来源:公共领域
4米,大概就是光在一天内行走的距离(4.5米),至于1光年,相当于四阶世界的1600米,也就是说,在四阶世界,如果你想寻找除了太阳之外的另一颗恒星,至少也要步行一个小时。
别要求太多,至少你能步行到达。电影里要花两千多年时间。
第五层世界
图片来源:@WilyD
进入五阶世界,整个太阳系(直径100AU),包括柯伊伯带,都会被压缩到头发丝大小。
五阶世界与一阶世界相差17个数量级,质量最大的恒星的大小已经无法分辨。但即便如此,我们能感受到的也只是银河系的一角。
你怎么知道?
整个银河系在五阶世界里的直径足有十多公里,在一阶世界里,也相当于一座小城市的大小。
在这个小镇里,有20厘米大小的马头星云:
图片来源:ESO
这里有一个宽度约1米的蟹状星云,这是1000多年前宋代天文学家观察到的“天关客星”的遗迹。
图片来源:NASA
还有美丽的猎户座星云,和姚明一样高:
图片来源:NASA
第六层世界
在六阶世界中,直径24光年的猎户座星云被压缩到只有一根头发丝那么大——准确的说是1.3根头发丝。
重点是,你终于可以把银河握在手中了。银河系看上去像一个大圆盘,直径为 64 厘米,仙女座星系稍大一些,直径为 80 厘米。两者之间的距离约为 11 米。
以银河系为中心半径25米(约半个足球场)范围内的区域属于本星系群,其中包含约50个星系,银河系和仙女座星系是其中的核心成员。
当地小组成员
图片来源:@,中文翻译:@MQQ
以本星系群为中心半径300米内的区域属于本超星系团,其中包含至少100个星系团和星系群。
该超星系团的成员
图片来源@
广州塔高600米,图中球形区域相当于本超星系团的范围。
图片来源:
在六阶世界里,可观测宇宙有多大?
500公里
看来我们需要将其提升到一个新的水平。
第七层世界
我们先来说说七阶世界的可观测宇宙有多大。
27 米
这相当于一个标准篮球场的长度,第一秩序世界的篮球场,可以容纳第七秩序世界的可观宇宙。
丰田中心
图片来源:公共领域
走进这个篮球场,空中飘浮的每一粒尘埃都是一条星河,这些尘埃还会发光,想想就很梦幻。
不过我还是建议戴口罩,因为篮球馆里的空气……可能有些浑浊,毕竟灰尘总量高达2万亿颗,一不小心就可能把好几颗(约35微米)吸入肺里。
直径小于3万光年的星系可以归为PM10,至于更小的星系,比如直径只有7000光年的小麦哲伦星云,甚至可以归为PM2.5。
博物馆里的灰尘并不是分布均匀的,而是纤维状的,有的地方多一些,有的地方几乎没有。
计算机模拟的宇宙大尺度结构,面积超过5000万光年。
图片来源及Fabio
你也许会好奇,一个来自一阶世界的篮球,在七阶世界能占据多大的空间。
我们把篮球的直径取为24厘米,相当于8.16E+24米,几乎是本超星系团(1.10E+24米)大小的8倍,与被称为双鱼座-鲸鱼座超星系团复合体(1E+25米)的大型宇宙结构相当。
一个篮球距离我们有10亿光年。
至于第七级世界的地球到底有多大?
0.米
它的长度仅为质子长度的万分之一(1E-15 米),这个长度今天无法测量。