本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,僅反映作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
我們都或多或少接觸過壓縮。也許是物理壓縮——一塊神奇的海綿,在釋放和澆水後會彈回正常大小。你必須坐在上面才能擠出空氣的行李箱。你費力搬回來的沉重丙烷罐,用來連線你的燒烤架。或者也許是軟體壓縮;資料壓縮,數千張假日快照被 JPEG 或 GIF 壓縮演算法咀嚼和迴流。
移除多餘空間的想法非常常見。
在宇宙尺度和原子尺度上,關於“萬物皆是空曠空間”的觀察已經被多次提出。但看到這個說法是多麼真實仍然令人驚訝。
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當我寫我的新書《可縮放的宇宙》(當然,這篇文章絕不是在偷偷暗示,親愛的讀者,您可能對這本書感興趣)時,我決定用這個來產生一些戲劇性的效果。
如果我們能以某種方式收集銀河系中的所有恆星,並將它們緊密排列在一起——就像一大箱緊密堆疊的蘋果一樣會怎樣?當然,自然永遠不會允許這樣做,引力會佔據主導地位,恆星很可能會合併成一個巨大的黑洞,並伴隨著一些抱怨。但作為一個思想實驗,這是一種很好的方式來展示星系中的空間大小。
答案相當令人震驚。如果我們假設銀河系中可能有大約 2000 億顆恆星,並且我們慷慨地假設它們都具有與太陽大致相同的物理直徑(這是一種高估,因為絕大多數恆星質量更小,體積也更小),我們仍然可以將它們全部放入一個立方體中,這個立方體可以容納在我們太陽系海王星的軌道直徑之內。
換句話說,如果我們的銀河系橫跨其圓盤大約 1021 米,我們現在已經收集了每一顆恆星,並將它們全部放入一個跨度小於 1013 米的立方體中。這是一個線性尺度上 1 億的健康壓縮率。
為了更形象地說明,想象一下你將你的汽車縱向壓縮 1 億倍,它最終將大約 50 奈米寬。這大約是病毒的寬度。
太空中存在著巨大的空曠空間。雖然拖運起來可能有點笨重,但你可以打包整個星系並隨身攜帶。
這讓我想到下一個更瘋狂的層面。在可觀測宇宙中,由自大爆炸以來光傳播的宇宙視界定義,目前的估計表明,宇宙中存在 2000 億到可能多達 2 萬億個星系。(雖然這個高數字包含了所有最終合併成更大星系的小“原始星系”)。
讓我們大膽一點,仍然採用更大的數字。現在讓我們打包所有這些星系中的所有恆星——再次,我們將非常慷慨地假設它們都和銀河系一樣大(實際上大多數都會小得多)。這將使我們得到 2 萬億個立方體,每個立方體跨度為 1013 米。將這些立方體組合成一個更大的立方體,我們就得到了一個邊長約為 1017 米的巨型立方體。
很大,對吧?嗯,不,在宇宙尺度上不算大。記住,我們銀河系的直徑約為 1021 米,所以 1017 米大小的立方體仍然只有星系大小的 1/10,000。事實上,1017 米只有大約 10 光年!
當然,這一切有點像客廳把戲。但它確實深刻地揭示了宇宙的體積中實際上只有極少部分被更密集的物質佔據。引用了偉大的道格拉斯·亞當斯的話:“太空是巨大的。真的很大。你簡直無法相信它有多麼浩瀚、多麼巨大、多麼令人難以置信。我的意思是,你可能認為去化學家那裡有一段很長的路,但與太空相比,那只是小菜一碟。”(《銀河系漫遊指南》)。
我想亞當斯也會喜歡《可縮放的宇宙》。
