03.02 把银河系缩小比做兵乒乓球,那么宇宙有多大?

大海198378149


最新天文观测数据表明,银河系直径接近于20万光年左右,而宇宙是无穷大。即使能把银河系缩小到乒乓球那么大,宇宙仍然是无穷大。

当人们仰望星空,宇宙到底有多大? 相对于人类所处的地球,星系的尺度都是我们难以想象的天文数字。例如我们太阳系所处的银河系,它的直径据测定约为20万光年。

而我们还无法找到宇宙的边缘,无法定义它的大小。有确定数据的是,以人类为中心的宇宙可观测直径在930亿光年。如果拿个这个距离和银河系相比,当银河系缩小到乒乓球大小,那么这个宇宙可观测尺度会按比例缩小到几十千米的大小。

但是值得注意的是,所谓的930亿光年仅仅是可观测的宇宙,这个距离也许只是人类坐井观天的井口的大小,而宇宙是无穷大。即使把银河系缩小到原子大小,宇宙仍然是无穷大。

而且现代宇宙学表明,它正处在不断膨胀的状态。而且宇宙很可能是就像瞬间搅起的一盘泡泡,我们所处的宇宙只是其中无穷多的泡泡之一。

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银河系的直径大约是十万光年,而乒乓球的直径则是40毫米。银河系比乒乓球的直径大了2.36x10^22倍。也就是23万亿亿倍大。在这种缩放之下,地球的半径只有一纳米的一千万分之一。

两者的差别之大,可见一斑。

那么,下一个问题就来了。要计算宇宙在这个尺度下的大小,我们必须要知道宇宙的大小。

但很遗憾,我们并不知道宇宙有多大。甚至连宇宙是不是有限的都不知道。科学家可以通过观测来计算宇宙的「平直程度」,目前来看,这个值非常接近于1.

也就是,宇宙是平直的,没有大尺度曲率。然而问题来了,如果宇宙有限,那么根据广义相对论,就一定会有一点曲率。所以如果这个值真的是1,那宇宙就是无穷大的。

宇宙的大小无法计算,我们看看离我们最近的仙女座星系。

仙女座星系离我们有788.3x10^3个秒差距。换算到让银河系达到乒乓球的尺度,它离我们有1.028米。


章彦博


上海科技报科普问答主持人:主任记者 吴苡婷

首先,宇宙的大小目前仍然难以界定。根据广义相对论,宇宙中的部分区域可能会因为持续的空间扩展和有限的光速限制,导致在宇宙存在的时间内,人们永远无法和其产生互动。

但宇宙中有一部分,尽管距离人们较远,即使人们永远无法与其进行互动,但由于人们仍然可以受到这些区域的影响,所以仍然会假定这些区域的存在,作为现实的一部分。所有的人们可以影响以及受到其影响的宇宙空间区域,我们称之为可观测宇宙。

所以我认为,尽管我们无法界定宇宙的大小,但我们讨论可观测宇宙的大小,仍然有其意义。

我们以大爆炸理论来解释宇宙的发展模型,由此我们对宇宙年龄的估测为大约138亿。那么是否就代表宇宙的半径为138亿光年呢?并不是。由于宇宙的膨胀,人类所观测的古老天体实际上要比我们现在所观测到的更远。根据科学家们的推测,可观测宇宙的半径大约为465亿光年,即直径930亿光年。

而银河系作为本星系群(包括银河系在内的50多个星系所组成的星系群)的第二大星系,恒星盘面直径大约为100,000光年,如果把荡漾在银河系盘面之下那些包围环绕这银河系的恒星都算作银河系之内的话,那么它的直径将达到150,000-180,000光年。

在这里,我们取银河系的直径为其最大直径180,000光年,取可观测宇宙直径为930亿光年。那么,如果把银河系缩小比作乒乓球,那么可观测宇宙大约相当于1/3个西安市这么大。


科坛春秋精选


根据科学家测算,银河系的长半径约为5万光年;而短半径为2.5万光年!这就是说银河系的长半径为5*3*10^8*3600*24*365*10^4=4.7304*10^20米,短半径就是2.3654*10^20米!而乒乓球的只有40毫米,也就是4*10^(-2)米!如果从银河系的长半径来看,如果将银河系缩小到乒乓球大小,那么就是要缩小10^20/10^(-2)=10^22倍!

而宇宙的半径有780亿光年,应该是银河系长半径的780亿光年/5万光年=156万倍!所以如果银河系缩小10^22倍,那么宇宙也缩小10^22倍,就是4*10^(-2)米*156万=6.24万米半径的一个球体!而如果按银河系的短半径来测算,宇宙会缩小780/2.5=312万倍!那么就是一个半径为3.12万米半径的球体!可见还




总之,如果将银河系缩小成乒乓球大小,那么宇宙就会缩小成3万至6万米半径的一个球体!可见对人类来说感觉无边无际的银河系与浩瀚的宇宙相比,也是非常小的!


地震博士


答:如果把银河系缩小到乒乓球大小,那么我们的可观测宇宙直径约35公里。




银河系的尺寸已经以“万光年”计数,和可观测宇宙的尺度相差不大,具体数据我们计算一下就知道:

(1)银河系直径约10万光年;

(2)可观测宇宙直径930亿光年;

(3)地球直径12700千米;

(4)国际标准乒乓球直径38毫米;

(5)1光年=9.46*10^15米;

由此可以计算,如果把银河系缩小到乒乓球大小的话,我们可观测宇宙的直径将变为35km,这个距离应该很直观了吧!


同样我们去计算地球,把银河系缩小到乒乓球大小,地球直径将变为5*10^(-16)米,比一个氢原子核直径(3*10^-15米)还小,更不用说我们人类啦!



以上类比可以看出,我们人类相对于银河系和可观测宇宙来说,简直小得可怜,人类都算不上尘埃了,简直就是一粒尘埃上细菌的绒毛顶端的一个原子中原子核的千万分之一。


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艾伯史密斯


宇宙是一个兵乓球的多少倍?一个兵乓球,一秒钟翻一番,只要翻283秒就填满宇宙了。这一方面说明宇宙是有限的,一方面说明数量级增长的可怕。

银河系原来的说法是直径10万光年,现在的说法是增加了一倍(不过没有最后作为常数认定),就是20万光年。我们现在就按银河系直径20万光年为基数,宇宙目前科学界认定可观测直径为930亿光年,经过计算,就是银河系直径的465000倍。

银河系是一个扁平的星系,直径很大,厚度很小。而目前科学界的宇宙标准模型认为宇宙是一个球体,这样宇宙体积倍数就应该比银河系体积增加更多了。

而且人类目前了解的宇宙只是可观测范围,不可观测范围有多少呢?目前尚无定论,可能比可观测范围小,也可能比可观测范围大。

所以,如果银河系是一个4厘米直径的兵乓球(实际上是个直径4厘米的烙饼),那么可观测宇宙就是一个直径18600米的球了,18.6公里大的球而已。

在这个宇宙外面还有多少是人类无法看到的,就不知道了。

银河系有数千亿颗恒星,我们的太阳只是银河系数千亿颗恒星中的一颗普通黄矮星,地球是太阳系的八大行星之一,只有太阳质量的33万分之一。

宇宙中有数万亿个星系,这些看得见的“重子”(恒星、行星、气体和尘埃的物质)只占宇宙总量的4.9%,暗物质和暗能量占宇宙总量的95.1%。“重子”物质在宇宙中构成星系的蛛网结构。

这就是目前人类认识的宇宙。

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时空通讯


施郁(复旦大学物理学系教授)

银河系的直径是十几万光年,也就是说,光需要花十几万年才能横穿银河系。 银河系中心很可能是一个超大质量黑洞。

一直到1920年代,人们还以为银河系就代表了整个宇宙。哈勃(Edwin Hubble)确定了银河系只是一个星系,而宇宙包含很多星系。

银河系与仙女座星系以及其他几百个星系属于本星系群(Local Group of galaxies),本星系群与处女座星系群都属于处女座超星系团。处女座超星系团属于Laniakea 超星系团,后者大概包含10万个星系。

整个可视宇宙是有限的,因为宇宙的年龄只有138亿年,所以从宇宙诞生起到现在,光只能走138亿光年。这叫做视界。

宇宙视界的138亿光年除以银河系的十几万光年,大概是十万倍。好了,如果将银河系缩小为乒乓球大小(几个厘米),那么按这个比例,宇宙视界就缩小到几公里大小。这就是对题目问题的一个答案。

宇宙是否还有视界之外的部分,也就是说自宇宙诞生以来,光还来不及传播过去。对此还没有直接证据。但是理论上,是没有限制的,包含那部分在内的宇宙是我们可视宇宙的10的几百万次方(1后面有几百万个0,远不是区区几百万)倍。如果这样算的话,将银河系缩为乒乓球大小后,宇宙就是10的几百万次方公里。

甚而至于,这样的宇宙也只是“多宇宙”中的无穷多个宇宙中的一员。那样的话,即使你将银河系缩为乒乓球大小,多宇宙依然是无穷大!


物理文化与施郁世界线


这里面有两个不确定的值,一个是银河系的直径,一个是宇宙的直径。

我们知道宇宙绝非我们如今的可观测宇宙,可观测宇宙只是宇宙的一部分而已,至于宇宙到底有多大,人类目前还不知晓,所以这里应该把宇宙改为可观测宇宙。

再来说说银河系的直径,原本估计的银河系直径为10万光年,在2015年时,银河系的直径又扩大了50%,如今,我国的郭守敬望远镜LAMOST根据新的发现成果,银河系的真实直径可能要在20万光年。

有了这些数据,那么就好计算了,如下:

市面上的乒乓球直径大约为40mm,如今的银河系直径为20万光年;

可观测宇宙的直径为930亿光年。

将可观测宇宙的直径设为D,将银河系的直径设为d;

将乒乓球的直径设为d"(乒乓球),将要求得的浓缩后的可观测宇宙直径设为X。

那么:d/D=d"/X

求得的X大约为18千米。

由此就可以看出可观测宇宙的浩瀚,一个是40mm,一个是18km,非常直观的感受吧,而且,就现在来讲,银河系对于人类来说已经非常庞大了,我们还不知道会在什么时候走出太阳系呢?

而走出太阳系之后,显然还有更长的路途在等待着人类。


科学船坞


关于这个问题,只能做个大致估算,因为银河系和宇宙的确切大小目前都不清楚。

根据多种观测方法的测量结果,银河系的盘面直径大概为10万光年。但我国的郭守敬望远镜(LAMOST)最近发布的观测数据表明,这个数值可能要加倍,大概为20万光年。

另一方面,我们现在只是知道以地球为中心的可观测宇宙范围,其半径为465亿光年。但整个宇宙绝非可观测宇宙的大小,不可观测宇宙的范围可能要远远大于可观测宇宙。

由于乒乓球的直径为40毫米,如果假设银河系的直径是10万光年,并把银河系缩小为乒乓球的大小,那么,可观测宇宙的半径将会缩小为不到19公里。想象一下,一个半径为19公里的球形区域与一个小小的乒乓球相差有多大?在这个缩小的宇宙中,地球的半径只有现实世界中质子的十分之一。

此外,需要注意的是,半径为19公里的球形区域并非整个宇宙的大小。在那之外,还有更为广袤的不可观测宇宙。


火星一号


首先,我们熟悉的银河系直径前些日子已经被改写,改写者正是中国的“郭守敬望远镜”,由原来的直径10万光年扩大到20万光年,扩张了一倍!

再来说说宇宙的大小,说到这点就牵扯到宇宙的终极之谜:宇宙到底有多大?

目前没有人知道,科学家们只知道可观测宇宙的直径大约是920亿光年,在这之外的任何光线和信息都来不及传送到地球,而且宇宙在超光速膨胀,所以920亿光年之外到底是什么,还有多大我们或许永远不知道!

所以,以可观测宇宙计算,如果把直径20万光年的缩小到乒乓球大小,可观测宇宙的直径18公里左右,这样的大小我们很好感知!

不过不管是银河系的大小,还是宇宙真实的大小,目前看来都不是一个确定的数值!特别是宇宙的大小,更可能超乎我们的想象。有些人甚至认为我们的宇宙是无限的,如此说来就是没有大小,即使银河系被缩小到乒乓球大小,宇宙还是那么大!


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