03.02 把銀河系縮小比做兵乒乓球,那麼宇宙有多大?

大海198378149


最新天文觀測數據表明,銀河系直徑接近於20萬光年左右,而宇宙是無窮大。即使能把銀河系縮小到乒乓球那麼大,宇宙仍然是無窮大。

當人們仰望星空,宇宙到底有多大? 相對於人類所處的地球,星系的尺度都是我們難以想象的天文數字。例如我們太陽系所處的銀河系,它的直徑據測定約為20萬光年。

而我們還無法找到宇宙的邊緣,無法定義它的大小。有確定數據的是,以人類為中心的宇宙可觀測直徑在930億光年。如果拿個這個距離和銀河系相比,當銀河系縮小到乒乓球大小,那麼這個宇宙可觀測尺度會按比例縮小到幾十千米的大小。

但是值得注意的是,所謂的930億光年僅僅是可觀測的宇宙,這個距離也許只是人類坐井觀天的井口的大小,而宇宙是無窮大。即使把銀河系縮小到原子大小,宇宙仍然是無窮大。

而且現代宇宙學表明,它正處在不斷膨脹的狀態。而且宇宙很可能是就像瞬間攪起的一盤泡泡,我們所處的宇宙只是其中無窮多的泡泡之一。

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量子實驗室


銀河系的直徑大約是十萬光年,而乒乓球的直徑則是40毫米。銀河系比乒乓球的直徑大了2.36x10^22倍。也就是23萬億億倍大。在這種縮放之下,地球的半徑只有一納米的一千萬分之一。

兩者的差別之大,可見一斑。

那麼,下一個問題就來了。要計算宇宙在這個尺度下的大小,我們必須要知道宇宙的大小。

但很遺憾,我們並不知道宇宙有多大。甚至連宇宙是不是有限的都不知道。科學家可以通過觀測來計算宇宙的「平直程度」,目前來看,這個值非常接近於1.

也就是,宇宙是平直的,沒有大尺度曲率。然而問題來了,如果宇宙有限,那麼根據廣義相對論,就一定會有一點曲率。所以如果這個值真的是1,那宇宙就是無窮大的。

宇宙的大小無法計算,我們看看離我們最近的仙女座星系。

仙女座星系離我們有788.3x10^3個秒差距。換算到讓銀河系達到乒乓球的尺度,它離我們有1.028米。


章彥博


上海科技報科普問答主持人:主任記者 吳苡婷

首先,宇宙的大小目前仍然難以界定。根據廣義相對論,宇宙中的部分區域可能會因為持續的空間擴展和有限的光速限制,導致在宇宙存在的時間內,人們永遠無法和其產生互動。

但宇宙中有一部分,儘管距離人們較遠,即使人們永遠無法與其進行互動,但由於人們仍然可以受到這些區域的影響,所以仍然會假定這些區域的存在,作為現實的一部分。所有的人們可以影響以及受到其影響的宇宙空間區域,我們稱之為可觀測宇宙。

所以我認為,儘管我們無法界定宇宙的大小,但我們討論可觀測宇宙的大小,仍然有其意義。

我們以大爆炸理論來解釋宇宙的發展模型,由此我們對宇宙年齡的估測為大約138億。那麼是否就代表宇宙的半徑為138億光年呢?並不是。由於宇宙的膨脹,人類所觀測的古老天體實際上要比我們現在所觀測到的更遠。根據科學家們的推測,可觀測宇宙的半徑大約為465億光年,即直徑930億光年。

而銀河系作為本星系群(包括銀河系在內的50多個星系所組成的星系群)的第二大星系,恆星盤面直徑大約為100,000光年,如果把盪漾在銀河系盤面之下那些包圍環繞這銀河系的恆星都算作銀河系之內的話,那麼它的直徑將達到150,000-180,000光年。

在這裡,我們取銀河系的直徑為其最大直徑180,000光年,取可觀測宇宙直徑為930億光年。那麼,如果把銀河系縮小比作乒乓球,那麼可觀測宇宙大約相當於1/3個西安市這麼大。


科壇春秋精選


根據科學家測算,銀河系的長半徑約為5萬光年;而短半徑為2.5萬光年!這就是說銀河系的長半徑為5*3*10^8*3600*24*365*10^4=4.7304*10^20米,短半徑就是2.3654*10^20米!而乒乓球的只有40毫米,也就是4*10^(-2)米!如果從銀河系的長半徑來看,如果將銀河系縮小到乒乓球大小,那麼就是要縮小10^20/10^(-2)=10^22倍!

而宇宙的半徑有780億光年,應該是銀河系長半徑的780億光年/5萬光年=156萬倍!所以如果銀河系縮小10^22倍,那麼宇宙也縮小10^22倍,就是4*10^(-2)米*156萬=6.24萬米半徑的一個球體!而如果按銀河系的短半徑來測算,宇宙會縮小780/2.5=312萬倍!那麼就是一個半徑為3.12萬米半徑的球體!可見還




總之,如果將銀河系縮小成乒乓球大小,那麼宇宙就會縮小成3萬至6萬米半徑的一個球體!可見對人類來說感覺無邊無際的銀河系與浩瀚的宇宙相比,也是非常小的!


地震博士


答:如果把銀河系縮小到乒乓球大小,那麼我們的可觀測宇宙直徑約35公里。




銀河系的尺寸已經以“萬光年”計數,和可觀測宇宙的尺度相差不大,具體數據我們計算一下就知道:

(1)銀河系直徑約10萬光年;

(2)可觀測宇宙直徑930億光年;

(3)地球直徑12700千米;

(4)國際標準乒乓球直徑38毫米;

(5)1光年=9.46*10^15米;

由此可以計算,如果把銀河系縮小到乒乓球大小的話,我們可觀測宇宙的直徑將變為35km,這個距離應該很直觀了吧!


同樣我們去計算地球,把銀河系縮小到乒乓球大小,地球直徑將變為5*10^(-16)米,比一個氫原子核直徑(3*10^-15米)還小,更不用說我們人類啦!



以上類比可以看出,我們人類相對於銀河系和可觀測宇宙來說,簡直小得可憐,人類都算不上塵埃了,簡直就是一粒塵埃上細菌的絨毛頂端的一個原子中原子核的千萬分之一。


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艾伯史密斯


宇宙是一個兵乓球的多少倍?一個兵乓球,一秒鐘翻一番,只要翻283秒就填滿宇宙了。這一方面說明宇宙是有限的,一方面說明數量級增長的可怕。

銀河系原來的說法是直徑10萬光年,現在的說法是增加了一倍(不過沒有最後作為常數認定),就是20萬光年。我們現在就按銀河系直徑20萬光年為基數,宇宙目前科學界認定可觀測直徑為930億光年,經過計算,就是銀河系直徑的465000倍。

銀河系是一個扁平的星系,直徑很大,厚度很小。而目前科學界的宇宙標準模型認為宇宙是一個球體,這樣宇宙體積倍數就應該比銀河系體積增加更多了。

而且人類目前瞭解的宇宙只是可觀測範圍,不可觀測範圍有多少呢?目前尚無定論,可能比可觀測範圍小,也可能比可觀測範圍大。

所以,如果銀河系是一個4釐米直徑的兵乓球(實際上是個直徑4釐米的烙餅),那麼可觀測宇宙就是一個直徑18600米的球了,18.6公里大的球而已。

在這個宇宙外面還有多少是人類無法看到的,就不知道了。

銀河系有數千億顆恆星,我們的太陽只是銀河系數千億顆恆星中的一顆普通黃矮星,地球是太陽系的八大行星之一,只有太陽質量的33萬分之一。

宇宙中有數萬億個星系,這些看得見的“重子”(恆星、行星、氣體和塵埃的物質)只佔宇宙總量的4.9%,暗物質和暗能量佔宇宙總量的95.1%。“重子”物質在宇宙中構成星系的蛛網結構。

這就是目前人類認識的宇宙。

時空通訊觀點,歡迎討論點評。


時空通訊


施鬱(復旦大學物理學系教授)

銀河系的直徑是十幾萬光年,也就是說,光需要花十幾萬年才能橫穿銀河系。 銀河系中心很可能是一個超大質量黑洞。

一直到1920年代,人們還以為銀河系就代表了整個宇宙。哈勃(Edwin Hubble)確定了銀河系只是一個星系,而宇宙包含很多星系。

銀河系與仙女座星系以及其他幾百個星系屬於本星系群(Local Group of galaxies),本星系群與處女座星系群都屬於處女座超星系團。處女座超星系團屬於Laniakea 超星系團,後者大概包含10萬個星系。

整個可視宇宙是有限的,因為宇宙的年齡只有138億年,所以從宇宙誕生起到現在,光只能走138億光年。這叫做視界。

宇宙視界的138億光年除以銀河系的十幾萬光年,大概是十萬倍。好了,如果將銀河系縮小為乒乓球大小(幾個釐米),那麼按這個比例,宇宙視界就縮小到幾公里大小。這就是對題目問題的一個答案。

宇宙是否還有視界之外的部分,也就是說自宇宙誕生以來,光還來不及傳播過去。對此還沒有直接證據。但是理論上,是沒有限制的,包含那部分在內的宇宙是我們可視宇宙的10的幾百萬次方(1後面有幾百萬個0,遠不是區區幾百萬)倍。如果這樣算的話,將銀河系縮為乒乓球大小後,宇宙就是10的幾百萬次方公里。

甚而至於,這樣的宇宙也只是“多宇宙”中的無窮多個宇宙中的一員。那樣的話,即使你將銀河系縮為乒乓球大小,多宇宙依然是無窮大!


物理文化與施鬱世界線


這裡面有兩個不確定的值,一個是銀河系的直徑,一個是宇宙的直徑。

我們知道宇宙絕非我們如今的可觀測宇宙,可觀測宇宙只是宇宙的一部分而已,至於宇宙到底有多大,人類目前還不知曉,所以這裡應該把宇宙改為可觀測宇宙。

再來說說銀河系的直徑,原本估計的銀河系直徑為10萬光年,在2015年時,銀河系的直徑又擴大了50%,如今,我國的郭守敬望遠鏡LAMOST根據新的發現成果,銀河系的真實直徑可能要在20萬光年。

有了這些數據,那麼就好計算了,如下:

市面上的乒乓球直徑大約為40mm,如今的銀河系直徑為20萬光年;

可觀測宇宙的直徑為930億光年。

將可觀測宇宙的直徑設為D,將銀河系的直徑設為d;

將乒乓球的直徑設為d"(乒乓球),將要求得的濃縮後的可觀測宇宙直徑設為X。

那麼:d/D=d"/X

求得的X大約為18千米。

由此就可以看出可觀測宇宙的浩瀚,一個是40mm,一個是18km,非常直觀的感受吧,而且,就現在來講,銀河系對於人類來說已經非常龐大了,我們還不知道會在什麼時候走出太陽系呢?

而走出太陽系之後,顯然還有更長的路途在等待著人類。


科學船塢


關於這個問題,只能做個大致估算,因為銀河系和宇宙的確切大小目前都不清楚。

根據多種觀測方法的測量結果,銀河系的盤面直徑大概為10萬光年。但我國的郭守敬望遠鏡(LAMOST)最近發佈的觀測數據表明,這個數值可能要加倍,大概為20萬光年。

另一方面,我們現在只是知道以地球為中心的可觀測宇宙範圍,其半徑為465億光年。但整個宇宙絕非可觀測宇宙的大小,不可觀測宇宙的範圍可能要遠遠大於可觀測宇宙。

由於乒乓球的直徑為40毫米,如果假設銀河系的直徑是10萬光年,並把銀河系縮小為乒乓球的大小,那麼,可觀測宇宙的半徑將會縮小為不到19公里。想象一下,一個半徑為19公里的球形區域與一個小小的乒乓球相差有多大?在這個縮小的宇宙中,地球的半徑只有現實世界中質子的十分之一。

此外,需要注意的是,半徑為19公里的球形區域並非整個宇宙的大小。在那之外,還有更為廣袤的不可觀測宇宙。


火星一號


首先,我們熟悉的銀河系直徑前些日子已經被改寫,改寫者正是中國的“郭守敬望遠鏡”,由原來的直徑10萬光年擴大到20萬光年,擴張了一倍!

再來說說宇宙的大小,說到這點就牽扯到宇宙的終極之謎:宇宙到底有多大?

目前沒有人知道,科學家們只知道可觀測宇宙的直徑大約是920億光年,在這之外的任何光線和信息都來不及傳送到地球,而且宇宙在超光速膨脹,所以920億光年之外到底是什麼,還有多大我們或許永遠不知道!

所以,以可觀測宇宙計算,如果把直徑20萬光年的縮小到乒乓球大小,可觀測宇宙的直徑18公里左右,這樣的大小我們很好感知!

不過不管是銀河系的大小,還是宇宙真實的大小,目前看來都不是一個確定的數值!特別是宇宙的大小,更可能超乎我們的想象。有些人甚至認為我們的宇宙是無限的,如此說來就是沒有大小,即使銀河系被縮小到乒乓球大小,宇宙還是那麼大!


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