作者:高月明 |
前言: 本文将带你领略宇宙的浩瀚与神秘,让你对宇宙的广度有更深刻的认识。作者通过生动的比喻和清晰的讲解,从时间、速度和距离的概念入手,逐步揭示了宇宙的惊人规模。你将了解到光锥的概念,以及我们的命运如何被限制在光锥之内。同时,你还将跟随作者的引导,探讨地球与太阳的真实距离,以及宇宙中其他恒星和星系的大小与距离。通过这篇文章,你将对宇宙的奥秘有更深入的了解,同时也会对人类在宇宙中的微不足道有更深刻的认识。 第一节:如果你以光速飞行,你就可以长生不死 有同学要我讲一下,宇宙究竟有多大?这是一个很有意思的话题。 实际上,宇宙很大,完全超乎你的想象,接下来我会通过几个视频,讲解一下,大家也感受一下。他会带来许多不可思议的认识和理解,比如说,包括对生命本质的思考,人生的意义,以及世界存在的终极真相,还有外星人的存在。 为了理解宇宙的广度,首先,我们要了解一下,时间、速度和距离的概念。从最本质上来说,如果总结一句话来说,在物理学上,世界存在的本质,就是对运动距离的测量。 1、比如说,你测量你家到超市的距离,你不会说距离有500米,而是会说距离有10分钟。为什么呢?因为你需要走路10分钟,才能走到。如果开车的话,也就1分钟。 2、当然,如果你步行,去哪里都很慢。比如,你从北京走路到深圳市,你除去吃饭睡觉的时间,你每天大概只能走30公里,而北京距离深圳大约有2000多公里,所以你要走70多天。古代的官员从幽州,也就是今天的北京,去岭南赴任,基本都要走几个月的时间,才能走到。 那么你步行去深圳需要2个多月,那么你走路绕地球走一圈的话,需要多长时间呢?因为地球的一圈大约为4万公里,如果你一天走30公里,那么你绕地球一圈要花的时间,大概是3年半的时间。如果你开车的话,以每小时100公里的速度前进,你不吃不喝一直走,大概需要16天就可以走完。这就是时间与距离的相对性。 实际上,你的速度越快,你用的时间就越短。如果你的速度足够快,比如说,你在“天宫空间站”上,那么你绕地球一圈就只需要90分钟了。也就是说,如果你在天宫空间站上,每天会绕地球飞行16圈。每天你会看到16次日出和日落。 如果再快的话,比如说,未来你能以光速前进的话,那么你的时间就停止了。所以这时,你不需要时间,即刻就到了。 这样就带来了一个结果,什么结果呢? 比如说,你乘坐这一艘以光的速度飞行的飞船,环绕地球一直飞行,飞行一百年的时间,当一百年后,你再次降落到地面时,因为你的时间是停止的,所以对你来说只过了还不到一秒钟的时间,而地球上的我们,已经过去100年了,这个时候,你所有曾经认识的人都死了。只有你存在,而你还是一秒钟之前的你,非常年轻,没有任何改变。这就是爱因斯坦的“狭义相对论”带给我们的结果。时间与空间是相对的。 当然,我看你乘坐飞船绕地球飞行的话,因为光速是每秒钟会走30万公里,而你只需要用了七分之一秒的时间,就会绕了地球一圈。就是说,我经过了一秒钟,也就一眨眼的时间,你就搜搜地,环绕地球跑7圈了。 所以光速是非常、非常、非常快的。接下来,我们会要用光速去测量,宇宙有多大? 第二节:光锥之内就是命运 你可以拿出一个激光笔,或者手电筒,照向月亮,因为地球距离月亮是38万公里,而光的速度是每秒钟30万公里,所以,你只需要1.3秒钟,这束光就会抵达月亮上。反过来说,如果月亮上有人和你通过无线电联系,他说一句话后,这句话通过无线电,传到地球上,需要1.3秒钟的时间,而你听到的是他过去和你说的话,也就是1.3秒钟之前说的话,而不是现在说的话。所以,时间因为光速而被延迟到达了。比如说,之前在月球上的宇航员与地球的通话,都是被延迟的。月球上的人说一句话,你需要等一小会才能听到。 这有什么不可思议的吗?实际上,他所带来的结果,很不可思议。 比如说,你现在抬头看一下月亮,实际上你看到的不是现在、此刻的月亮,而是1.3秒钟之前的月亮。 再往远再看一些,比如你看一下太阳,你看到的太阳,是8分20秒之前的太阳。为什么呢?因为太阳的光芒需要8分钟20秒钟的飞行,才能到达地球。所以,你看到的不是此刻的太阳,而是过去的太阳。 如果现在、此刻,太阳爆炸消失了,那么你需要8分20秒钟以后才会知道。 当然,你往远看,你看到的都是过去,那么你往近看呢?比如,你看到对面的朋友或者家人,实际上你看到的也不是此刻的她,而是过去的她,只不过这个时间非常的短,例如是一亿分之一秒钟之前的她。这个时间,因为太短了,几乎会对我们不会产生任何影响。 但是,当我们往远处看的时候,影响就出现了。实际上,你的整个人生的命运被封闭在一个十分狭窄的空间里,而且你没有任何办法可以突破出去。为什么呢? 比如说,一束光,从太阳出发,到达地球需要8分钟20秒钟,那么你看到的太阳是8分20秒钟之前的样子。 而这束光,继续前进,它会用40分钟到达木星,用80分钟到达土星,再飞行5个小时之后,这束光会到达冥王星。所以,反过来说,如果你用望远镜看这些行星的时候,比如说,此刻,你看到的是,40分钟之前的木星。为什么呢?因为木星上将太阳光反射后,再发射到地球,需要40分钟的时间。同样,而你看到也是80分钟之前的土星,以及5个小时之前的冥王星。 再往远了说,太阳系的直径大约为1光年,就是光要走一年的时间。离我们最近的另一颗恒星,叫做半人马座a恒星,距离我们有4.3光年的距离,所以我们现在看到了它,不是此刻的它,而是4.3年之前的它。 在银河系的两旁,有我们熟知的牛郎星,距离我们有16.7光年,织女星有25.3光年,所以当你夜晚再抬头看到它们时,看到的不是现在的它们,而是16年之前的它们。 比如这些恒星被外星人给毁灭了,我们需要16年,或者25年以后才会知道。 再往远处看,北极星离我们有400光年的距离,如果此刻北极星爆炸了,那么你永远不会知道了。为什么呢?因为你只能活100年,而北极星爆炸的光传到这里需要400年的时间,所以你永远不会知道了。 这样就带来了一个简单而很有意思的现象,就是,从你出生开始,假设你活了一百岁,那么你的人生所有经历,你能看到的现象,就被限制在这100光年的距离范围内了。 也就是说,当你出生时的那一刻,假设101光年外有一颗恒星爆炸了,那么爆炸的光,传到地球需要101年的时间,可是你100岁的时候就死了,所以你看不断101光年外的任何事件的发生,也就是说,在101光年外的所有事情的发生,永远也影响不到你,和你没有任何关系,你永远无法知道。 这就不可思议的事情出现了, 银河系的直径是10万光年,也就是一束光从银河系的一端飞行到另一端,需要10万年的时间。 图片上展示的,就是我们太阳在银河系中的位置。 我们把银河系10万光年的宽度,比喻为一米的直径,100年,就是千分之一,也就是在米尺上,是一毫米的距离,一毫米是一个非常狭小的空间。如果你能活一百年,那么你的整个人生的一百年,就只在这一毫米内被确定了。 实际上,人类的文明史,也就5000年,也就是从人类有文字记载以来,能够记载出的天文现象,也只不过是,一米的20分之一,也就是5厘米的空间距离。 如果整个银河系被外星人给弄爆炸、毁灭了。你也永远不会知道了,为什么呢?因为,你只能活在一毫米的空间内,也就是你只能活一百岁的时间,在这一毫米空间以外,整个银河系发生的所有事情,太多、太多了,但你永远不会知道了。 我们只能活在100光年的空间内,这在物理学上,叫做光锥,因为有时间流逝,才会出现过去与未来的光锥。这个图片展示的就是光锥示意图。简单地说,光椎的意思就是,从你出生开始,随着时间的流逝,100光年以外的任何因果事件都与你无关,你出生的那一刻,你人生所有要经历的事情,都被固定了。所以,“光锥之内就是你的命运”,你人生的所有因果事件都被限制在这一百光年之内了。 第三节:地球是贴着太阳飞行的吗 首先,我们问,地球有多大?我们都知道,地球的直径是1.27万公里。而一束光,一秒钟走30万公里,所以一束光一秒钟就会穿过23个地球的距离。因此光速非常快的。在太阳系有8大行星,最大的是木星,直径是14万公里。在这个图片上展示的就是8大行星的大概比例。木星图片中的暗红色的,就是著名的大红斑,这个大红斑是木星升起的风暴气旋,按照人类的观测历史,现在已经存在350年之久了。大红斑长度有2.5万公里,所以,地球完全可以装入到大红斑中。 下面是,太阳系的八大行星的大小比例。 当然,再看下面的图片,土星和木星很大,但是和太阳比起来就很小了。 首先,太阳的直径约为139.2万公里,是地球直径的约109倍,所以,按照立体的空间来说,能装下130万个地球。 当然,地球是由岩石组成的,而太阳的密度就和水一样。你可以把太阳想象成是一个炙热的大水球。 一般大家在网上看到的情况是,地球好像是贴着太阳旋转的,实际上不是。下面我们就通过光速去测量一下。 因为光的速度是每秒钟走30万公里,所以,一束光横跨太阳需要走,4.6秒钟。而这束光到达地球需要8分钟20秒。这是什么意思呢? 就是地球与太阳的距离是1.5亿公里,而太阳的直径是139.2万公里,如果把太阳缩小到1.39米的直径的通红的球体,那么地球就是1.3厘米的一个小球,就像一个蚕豆一样的大小。 所以按照这个比例来说,这颗蚕豆是在150米以外围绕着这个直径大约1人高的火球旋转着。所以,地球不是一般大家理解的,是贴着太阳旋转的。而是距离有很远。 同样按照这个比例,木星就像是一个小西瓜那么大,在太阳的720米以外环绕着飞行,而比木星再小一些的土星,像个苹果一样大小,在3000米,也就是1.5公里以外飞行着,而再往远,冥王星就像一粒细沙那么大,则在1万米之外,也就是5公里之外绕着这个1.39米的太阳飞行着。 再换个比例看一下,如果把太阳缩小足球大小,把它放到一座体育场的中心,地球就是一粒沙子,在15米以外,围绕着足球飞行,而冥王星则像是一针尖那么大小的灰尘,在体育场的边缘以外,围绕着体育场飞行。 这就是真实的太阳与行星之间的距离和大小的比例关系。 第四节:第二颗太阳离我们有多远? 我们都知道,太阳不是宇宙的中心,宇宙中有很多恒星。那么离我们最近的恒星有多远呢?答案是4.3光年的叫做半人马座a恒星。 当然,你可能对4.3光年的距离没有概念,那么下面用一个比喻你就概念了。 比如说,你把一米分成一千分就是一毫米,再把一毫米,格尺上的一小格再分成一千分,也就是一粒灰尘的那么大小。 好了,如果你把太阳缩小成一粒灰尘那么大,然后你把它放到体育场的一端,那么第二颗灰尘,就是第二颗恒星,就在体育场的另一端,两粒微尘之间的空间就是4.3光年的距离。 当然,光要走4.3光年,而人类去哪里需要多长时间呢? 以现代人类制造出的最快的飞行器,旅行者1号,它的速度是每秒钟45公里,他从1977—2013=36年走了190亿公里(也就是光走17.5小时,为190亿公里),就算是它走了这么远,实际上还未走出太阳系的边缘。因为太阳系的直径大概是一光年,所以它需要走1.8万年,才能走出太阳系的边缘。 那么,如果你乘坐着它去半人马座a恒星,需要走8万多年。 人类的文明史,现在才不到5000千年,所以无论如何,人类是无法到达哪里了。这就是空间距离。 下一步,我们按照这个比例,作为一个尺子,我们测量一下,银河系有多大呢? 体育场的直径是500米,而比喻来说,就是两颗恒星之间的距离是4.3光年,银河系的直径是10万光年,所以,银河系的宽度是10万除以4.3,乘以500米,等于11600公里。地球的直径是12756公里,所以,在这个比例当中,银河系的空间大小,恰恰与地球的大小相仿。 也就是说,在地球这么大的空间中,每隔500米的空间距离,就有一粒像灰尘那么大的太阳的存在。然后在这么大大空间中,总计有一千亿颗灰尘。 就是说,银河系中,总计有一千亿颗恒星,这与人脑中的神经细胞的数目是一样的。 如果说,因为人脑在一千亿个神经细胞中,由于有了神经细胞中的电流信息的传递,所以就产生出了意识,那么恒星之间也是通过引力和光来传递信息的,所以,从这个角度说,银河系也应该存在一个“意识”,星系意识。 当然,这些“恒星”,不是以一个圆形球,团聚在一起的,而是平均分布在一个像是一个盘子形状的平面上,比如这是银河系的横面和正面的样子,在这里面,存在着超过一千亿颗恒星。 在银河系里,太阳不是最大的恒星,还有比太阳更大的恒星。那么最大的恒星有多大呢? 第五节:宇宙中有多少颗恒星 下面,我们就来看一下,宇宙之中最大的恒星有多大?以及有多少恒星? 首先,我们看一下地球与月球的比例 然后再看地球和八大行星的比例。 再看太阳与八大行星的比例 再看太阳与天狼星的比例 再看天狼星与更大的北河三、大角星,雄牛座、参宿七的比例。 然后还有更大的,就是猎户一等星,以及心大星更大。这个时候,太阳就看不到了,非常小了。 当然,还有比心大星还有更大的。 那么,在可观测宇宙中,有多少恒星呢? 在夜晚,你抬头看一下天空,你看到的闪亮的星星基本都是恒星和星系,能够被你眼睛明确识别的,大概有6000多颗恒星和星系。 如果你用一个小勺子,装满一勺精盐的话,大概有6000颗精盐粒。每一粒精盐都比喻为一颗恒星或者星系。 而在天空中,你看不到的恒星,可以装满一个直径为3000米,也就是3公里的大圆球中。在每一粒精盐的周围,都有数量不一的像地球或者木星一样的行星。 这就是天文数字,完全超出你的想象。 第六节:最大的星系多大 前面,我们已经看到,银河系的直径是10万光年的距离,而我们人类如果按照现在的科技,最快的飞行器,需要18亿年,才能穿过银河系。所以,人类是不可能走出银河系的。 1、银河系非常的庞大,那么还有比银河系更大的星系。比如说,距离我们最近的星系,仙女座星系,直径有22万光年,距离我们银河系有254万光年。如果你在房间中,把银河系想象成是一个直径10厘米的小碟子,那么仙女座星系就是一个直径22厘米的盘子,而两者相距2.5米左右。虽然,仙女座系离我们如此的遥远,但是我们在夜空也是可以很清楚的看到它的。这是它在夜空中的样子,下面这张是天文望远拍摄的照片。 2、当然,比仙女座星系还要大的星系也是存在的。下面我们就看一下,最大的星系有多大。 3、下面是银河系与仙女座星系的比例。 4、大部分的星系都是像盘子一样,也就是结构为旋涡状的星系,但是星系也有呈球状的,比如下面是M87是宇宙里最大的椭圆星系。直径50万光年。 距离我们5500万光年的距离,按照把银河系比喻成小碟子的比例,就是银河系是一个小碟子,而M87的身高是50厘米,就像是一个锅盖,在55米以外站着。 这是已知最大的星系,IC1011星系,直径达到600万光年,距离地球大约10亿光年。 在小碟子的比例当中,IC1011星系的直径是6米,像是一栋二层楼房的高度和大小,而银河系就像是餐桌上的一个小碟子。按照这个比例,这个超大星系,距离在我们一千米,也就是一公里以外存在着。 就是说,你想象一下,你身边有一个小碟子,是银河系直径10厘米,在2.5米以外是直径22厘米的仙女座星系, 在55米以外是一个直径50厘米的M87,1000米以外是IC1011星系,一栋二层楼房。这就是星系的大小。 第七节:宇宙中有多少星系? 1、虽然星系非常庞大,但是星系与星系之间,也会由于引力而聚合在一个空间范围内。比如,银河系与仙女座星系、麦哲伦星云,就共同组成了一个大约为50个星系组成的群,这叫做本星系群。 在本星系群里,仙女座星系与银河系是最大的两个星系。 这个星系群的直径覆盖直径大约1000万光年的区域。 也就是,把银河系缩小到一个小碟子大小,在2.5米外是大盘子状的仙女座星系,而在10米的空间中,也就是大概就像是一个小型会议室那么大的空间中,存在着50多个盘子和碟子。 2、当然,本星系群不是最大的星系团,实际上,本星系群是更大的星系团的一小部分,这个星系团就是室女座超星系团,直径覆盖大约为1.1亿光年的区域。拥有包括500个左右的大型的星系团和星系群,超室女座超星系团也被称为本超星系团。 4、而本超星系团也不是最大的星系团,它也只是一个叫做“拉尼亚凯亚超星系团”的一部分。拉尼亚凯亚这个词来自于夏威夷语,意思是“无法丈量的天堂”。 5、拉尼亚凯亚超星系团内包含大约10万个星系,范围直径达到5.2亿光年。 6、那么宇宙有多宽呢?那么我们来看,宇宙的年龄现在是138亿。按照现在能够完全确定的是,宇宙至少是创生于138亿年之前的一次无限密度奇点的大爆发。 然后随着宇宙的膨胀,虽然宇宙的年龄是138亿年,但是宇宙的直径不是138亿年,而是由于膨胀效应,宇宙的直径现在至少是930亿光年的距离。那么,在930亿光年的空间中,有多少个星系呢? 下面我们先看一下,著名的哈勃超级深场照片。 这张照片是由哈勃空间望远镜于2003年9月24日至2004年1月16日期间,在天空中选择一块,漆黑无光的,大约为满月十分之一大小的面积,进行持续曝光得到的数据累积而成的。这些数据相当于是113天的曝光。 在照片中,我们可以清楚的看到,有超过10,000个星系。而且有很多都比银河系大四倍以上。 那么,宇宙中的星系比我们现在认识到的要多得多。 所以,数字已经失去表述的意义,下面用一个比喻来说。 你走在河边,捡到一颗鹅卵石,你把他想象成是银河系,而你永远无法走出银河系,你的一生只能生活在这个鹅卵石上的一个非常狭小的、像是一个微尘那么小的空间中。当然,这个空间就是前面讲过的一百光年的距离。 而宇宙中拥有的星系,就像是你在地球上,你把所有大河、小河中的,以及大海里存在的所有的鹅卵石和小石头加总在一起,那么多。 所以,现在想象一下,你在河边每捡到了一颗小石头,这就是一个星系。或者说,这就是你所存在的银河系,而宇宙中的你用肉眼看不到的星系,就是地球上,江河与大海之中,那些你数不清的鹅卵石。 |