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如果把银河系缩小到一个电子的大小 , 那宇宙会有多大?这是一道简单的数学题 , 我们只需要知道银河系、电子以及宇宙的具体大小 , 就可以根据它们之间的比例来计算出这个问题的答案 , 下面我们就来讨论一下 。
我们人类身处银河系之中 , 根本无法直接看到银河系的全貌 , 不过这难不倒人类 , 在过去的日子里 , 科学家利用现代观测设备已经确定了银河系中大部分天体的大小、位置、距离等数据 , 并据此推测出了银河系结构、形状以及大小 。
如上图所示 , 银河系的主体是一个“恒星盘”、其外围还有一个巨大的“星系晕” , 由于“星系晕”的结构非常稀疏(其中的主要物质是离子化的气体 , 也存在着少量的恒星、星际尘埃等物质) , 因此我们通常所说的银河系的大小 , 其实指的是“恒星盘”的大小 , 观测数据表明 , 其直径约为10万光年 。
再来看电子 , 电子在一般情况下都是被当作一个“点”来处理的 , 原因就是它们的体积实在是太小了 。 当然了 , 电子肯定是有体积的 , 为了测出电子的大小 , 科学家通常采用的方法就是 , 先向目标电子发射多个电子 , 然后再利用精密仪器观察这些电子的散射情况 , 进而确定目标电子的体积 。
通过上述方法 , 科学家得出的结果为:电子的直径不大于10^(-18)米 。 需要注意的是 , 这里是“不大于”而不是“等于” , 也就是说 , 电子的直径可能比这个值更小 , 这里我们不妨就取电子直径的最大值 , 也就是10^(-18)米 。
根据以上数据 , 我们可以计算出 , 假如把银河系缩小到一个电子那么小 , 就相当于把银河系缩小了大约9.46 x 10^39倍 。
【如果把银河系缩小到一个电子的大小,那宇宙会有多大?】那么宇宙有多大呢?实际上 , 这是一个没有确定答案的问题 。
由于种种因素的限制(如宇宙的年龄、光速、宇宙膨胀等) , 我们只能够看到宇宙中的一部分 , 这也被称为“可观测宇宙” , 而对于整个宇宙的大小 , 科学家们根本就无法通过实际测量来获取 , 只能通过理论来进行推测 。
在2006年的时候 , 弦理论的创始人之一、理论物理学家莱昂纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind)在一篇论文中指出 , 根据著名物理学家霍金提出的“有界无边宇亩模型”以及相关的理论可以计算出 , 整个宇宙的直径约为10的10的10的122次方秒差距(注:1秒差距大约为3.26光年) 。
这是什么概念呢?这样说吧 , 设整个宇宙的直径为x秒差距 , 那么x这个数就是1后面跟上y个零 , 而y这个数则是1后面跟上z个零 , 至于z这个数 , 则是1后面跟上122个零 , 可以看到 , 这是一个极为庞大的数字 , 如果我们去一个一个地去数1后面的这些零 , 估计数到天荒地老都数不完 。
假设整个宇宙真的有这么大 , 那么对于“10的10的10的122次方”这个数而言 , 缩小了9.46 x 10^39倍 , 只不过是1后面的零减少了几十个而已 , 在这种情况下 , 宇宙仍然庞大得令人难以想象 。
当然了 , 这只是根据理论推测出来的一个数据 , 实际情况是否真是这样 , 我们根本无法对其进行验证 , 所以我们不妨来计算一个实际一点的 , 看看假如把银河系缩小到一个电子的大小 , 那“可观测宇宙”会有多大 。
这其实就很简单了 , 已知“可观测宇宙”的直径约为930亿光年 , 将其缩小9.46 x 10^39倍之后 , 它的直径就大约为9.3 x 10^(-13)米 。
作为对比 , 氢原子是宇宙中最简单的原子 , 测量数据显示 , 一个处于基态(最低能级)的氢原子直径约为1.056 x 10^(-10)米 , 也就是说 , 缩小后的“可观测宇宙” , 其直径连氢原子的百分之一都没有 , 如此小的物体 , 别说是肉眼了 , 就算是光学显微镜也无法对其进行观测 。
参考资料:arxiv.org/abs/hep-th/0610199:Susskind's Challenge to the Hartle-Hawking No-Boundary Proposal and Possible Resolutions.
好了 , 今天我们就先讲到这里 , 欢迎大家关注我们 , 我们下次再见`
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