宇宙中有哪些超出常人想像的現象？

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子問題：地球上有哪些超出常人想像的現象？ - 自然

宇宙實在太難想像了……對於我們一般人來說。但是很多人還是非常有好奇心的。
例如二維世界無法想像三維世界能把一張平面的紙捲起來，中間弄個洞，對二維世界來說就是蟲洞啦~好像四維也能這麼對三維世界弄蟲洞……

1、光速。
即使你站在我的對面，你看到的我也不是當時的我，當你抬起頭，看到的是八分鐘前的太陽，一百年前的北斗七星，250萬年前的仙女座大星系……所以當你一個人在夜晚45度仰望星空時，看到的不是恐懼，也不是寂寞，而是滿滿的宇宙的歷史。

2、尺度。
宇宙中最讓人沮喪的是尺度，上面答案中有很多有趣的對比。宇宙中最讓人欣慰的也是尺度。

目前飛得最遠的是旅行者1號，不過是100多億公里；飛得最快的是新視野號，剛剛造訪冥王星。
這是太陽系的尺寸，過一個刻度擴大十倍，最小單位為一個日地距離。

人類在太陽系的影響力也不過是汪洋大海之一滴水。

不過大尺度有大尺度的好處，可以遠離比如致命的超新星爆炸，也就是恆星的死亡。如果離地球很近，滅掉地球分分鐘的事情。

比如距離地球約7500光年外的船底η星雲。這裡有一顆質量至少是太陽的90倍的恆星，它可能將終結地球上的生命。船底η星雲是一個即將結束中央核聚變的天體，發生超新星爆發後可對周圍時空產生影響，船底η也被稱為海山二，距離我們7500光年，這個距離是非常近的，正處於發生超新星爆發的邊緣。

3、能力。
人類的科技日新月異超出普通人的想像，不過也就僅僅是登陸過月球，造訪過金星火星土衛六。
人們認為地球是中心，後來認為太陽是中心，再後來認為銀河是中心，再後來發現了地球的大表哥：超級地球。

月球上看地球

土星附近看地球

海王星附近看地球

4、當然最最難想像的是時間空間之外，因為沒有意義。

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有人問我推薦一些好看的紀錄片，就貼在這裡吧，供大家參考。

以下兩部是比較短的，都是一集，各有特色，我比較喜歡第一部。
1、旅行到宇宙邊緣，Journey to the Edge of the Universe (2008)
2、宇宙之旅，Cosmic Voyage (1996)

3、宇宙的構造，The Fabric of the Cosmos: What is Space (2011)
Brian Greene做主線講解。空間，時間，量子躍遷，單宇宙或多宇宙，共四集。

4、與霍金一起了解宇宙 Into the Universe with Stephen Hawking (2010)
Stephen Hawking做主線。外星人，時間旅行，一切的故事，共三集。記得最後一集應該比較長。

5、了解宇宙是如何運行的 How the Universe Works Season 1 (2010)
這個比較長，共八集，分別是：恆星，黑洞，大爆炸，星系，太陽系，行星，衛星，超新星。

6、行星旅行指南 A Traveler"s Guide To The Planets Season 1(2010)
這個也比較長，共六集。金星與水星，火星，木星，土星，海王星與天王星，冥王星及其外太空。
這個我下載的資源，字幕的時間不對，一直也沒找到對的，注意一下這個問題。

7、宇宙之美，HDScape StarGaze HD Universal Beauty (2008)
這個就是純哈勃圖片集合了，喜歡的最好找高清的觀看，連在大屏電視上效果更佳。

8、與摩根弗里曼一起穿越蟲洞，Through The Wormhole（2010）
這個就更長了，有四季之多。

除此之外還有很多，不過我感覺看完以上幾部應該會對宇宙有一個比較詳細的了解了。

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圖片信息：
第一張圖片出自天文攝影師Randy Halverson之手，他拍攝了絕美的「仰望天河」系列。
https://500px.com/dakotalapse
《Plains Milky Way》【MV】輕音樂
-Plains Milky Way-高清MV在線播放

月球上回望地球出自阿波羅登月

土星附近回望地球出自卡西尼號

海王星附近回望地球出自旅行者1號

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1、關於超級地球：
傳送門：2015 年 7 月 23 日，NASA 宣布發現 Kepler-452b 意味著什麼？ - 天文學

2、光錐

「光的傳播沿時間軸呈錐狀，物理學家們稱為光錐，光錐之外的人不可能了解光錐內部發生的事件。想想現在，誰知道宇宙中有多少重大事件的信息正在以光速向我們飛來，有些可能已經飛了上億年，但我們仍在這些事件的光錐之外。」
「光錐之內就是命運。」
林格略一思考，讚賞地沖斐茲羅連連點頭，「將軍，這個比喻很好！」
「可是智子就能在光錐之外看到錐內發生的事。」
「所以智子改變了命運。」斐茲羅感慨地說。
《三體》第二部《黑暗森林》

傳送門：「光錐之內就是命運」這句話的出處？如何理解這句話？ - 物理學

3、考慮一個極端的情況
傳送門：是否存在宇宙已經開始毀滅只是我們還沒看到這種可能？ - 光學

4、有人說，看完再抬頭仰望星空時，感到一絲的恐懼和憂傷

這個要回到那個問題：我們在宇宙中是否是孤獨的？或許人類是宇宙中唯一的智慧生命形式，又或許我們的銀河系中還有很多其他的文明。不過到現在為止，科學上的證據還不足以支撐兩個答案當中的任何一個。在搜尋宇宙中生命的痕迹之路上，一條路是去監聽來自太空的信號。比如：著名的SETI（地外智慧生命搜索）項目就在做這樣的事；另一條路是去尋找外星科技的痕迹。地外文明可能已經發展出遠超人類水平的科技，而它們會在太空中留下能夠直接或間接觀測到的痕迹。我們並不知道要找什麼，甚至有可能什麼都沒有，但是如果不許尋找，可就肯定什麼也找不到。

5、有人提到了相對論
這個如果說到時間在物理學上的準確定義是什麼，可討論的很多，估計還會繞到哲學上。
按照相對論的觀點：時間是各自表述的，受空間和物質的制約，那麼就比如那個海門二，我們看到的海門二就是我們現在的海門二，我們看到它沒有爆發就沒有爆發，不可能存在一個上帝瞬間穿越地球和海門二之間，給地球人提供預警信息。

最後一張史上逼格最高的英仙座流星雨，獻給仰望的星空

出自petr horalek，攝於2015年8月，拍攝地為Slovak，Poloniny的暗夜公園，為拍攝此圖片作者拍攝了大約120G的數據量，銀河裡還能看到許多漂亮的星雲，比如北美洲星雲NGC7000，心臟星雲和靈魂星雲等。

樓上的很多答案中都提到了宇宙的尺度、光速、星系這些宏觀上的東西，那麼答主在這裡講幾個小現象吧。

這些小細節講出來可能不如星系的尺寸和構成那麼氣勢磅礴，但它們卻是人類在探索太空的過程中需要去直接面對和克服的。

好，我們開始。

1）在宇宙真空環境中，兩塊裸露的同類金屬在接觸後會相互粘合，好像被焊接在一起一樣。這個現象被稱之為『冷焊』（Cold Welding）。

史上最具幽默感的物理學家費曼（Richard Feynman）曾經形象地解釋道，這種現象的產生是因為『在真空中，處在接觸面兩邊金屬原子之間沒有任何物質將它們隔開，所以這些金屬原子「無法知道」它們其實是屬於兩塊獨立的金屬的。』

而在大氣環境中，由於空氣的存在和金屬表面氧化物的存在，兩塊金屬即使相互接觸後也不會粘合在一起。

在人類探索太空的過程中，對這個小細節的忽視曾經引發過巨大的麻煩。

1989年10月8日，NASA發射了一顆名為『伽利略號』的探測器，它的主要任務是對木星及其衛星進行觀測。

其他很多答案中已經講過，我們平時看到的太陽系示意圖中，行星間的距離全都不是按照比例繪製的。木星與地球之間的距離比這些示意圖上所顯示出來的要大得多。如果我們按照真實比例繪製一張太陽系示意圖並把地球畫成一元硬幣那麼大的話，那麼月球將在距離地球0.75米的地方，而木星大約在1.5公里外。即使以光速航行，從地球到達木星也需要43分鐘。

為了到達如此遙遠的一個地方，科學家們為伽利略號設計了一條非常複雜的航行路線：

圖片中的粗實線就是伽利略號的航行路線。伽利略號於1989年10月18日從地球發射後，在1990年2月份經過金星附近並利用金星的引力進行了第一次加速，然後又分別在1990年和1992年兩次經過地球並進行了兩次加速。在這之後，它將經過三年的飛行到達木星軌道。

為了能在這樣遙遠的距離上與伽利略號之間進行數據傳輸，工程師們為它裝備了一個巨大的主天線（High-gain Antenna）。下面的圖片中，位於探測器上方雨傘一樣的部件就是這個主天線。

由於伽利略號的航行路線中最初的一段距離太陽比較近，為了避免這個主天線在太陽照射下損壞，它在航程的前半段一直保持著收起的姿態，就好像一把合起來的雨傘。按照計劃，當伽利略號運行到距離太陽較遠的時候，也就是1991年4月時，地面控制中心才會通過遠程指令將這個主天線打開。當主天線打開後，它在太空中看起來會是這個樣子的（藝術家想像圖）：

1991年4月11日，當控制中心向伽利略號發送打開主天線的指令後，卻發現主天線並沒有完全打開。此時的伽利略號離開地球已經一年半了，地面上的科學家們只知道天線沒有按照計劃打開，至於天線究竟出了什麼故障，是無法直接觀察得到的。

科學家們只能利用伽利略號傳回來的飛行姿態等有限數據，在地球上使用一模一樣的複製品進行分析和模擬。排除掉種種可能性後，科學家們最終發現了故障的原因：在伽利略號發射升空之前，它在地面上經歷了數次運輸和測試，在這些過程中，覆蓋在幾根骨架上的潤滑物質和氧化層在摩擦的作用下被過早地磨損掉了。在進入太空後，有三根骨架和其他金屬部件在『冷焊』的作用下被粘結到了一起，伽利略號上的天線開啟裝置已經不具備足夠的動力將它們打開。

這顆耗資十幾億美元，從開始設計到預計任務結束耗時25年的探測器眼看就要變成一塊太空垃圾。

在這個時候，已經不可能有人或者機器能夠追得到這顆探測器對它進行維修了。地球上的工程師們只能想法設法利用探測器上已有的部件將天線打開。

首先，他們試著通過遠程指令將探測器進行旋轉，使天線依次面朝和背離太陽的方向，希望溫度差所產生的應力可以讓骨架彈開。但是在經過了7次循環後，主天線還是沒能打開。

接下來，工程師們嘗試了旋轉伽利略號另一個較小的天線來撞擊探測器，期望由此產生的振動可以讓骨架彈開。經過6次撞擊後，這種方法也失敗了。

最後，工程師們將探測器上用來打開的主天線的驅動器以特定的頻率反覆開啟，以此增大它所能提供的最大動力。但是這種方法也失敗了。

所以，這個主天線直到最後也沒能完全打開。

不幸中的萬幸是，伽利略號上還有一個備用的低增益天線（Low-gain Antenna）。儘管它的傳輸帶寬只有主天線的萬分之一左右（8 to 16 bits per second），但人們這時也只能使用它進行數據傳輸了。不過，由於地面接收技術以及信息壓縮技術的進步，最終這個帶寬又被提高了到了主天線的百分之一左右（1,000 bits per second）。從1991年直到2003年伽利略號任務結束之時，人們都只能使用這個大打折扣的低增益天線進行數據傳輸，儘管NASA聲稱伽利略號最終依然完成了70%的科學任務。

引起這個大麻煩的，正是前面提到的『冷焊』這個小現象。

2）從地球發射一顆探測器到火星，最佳發射時間並不是當這兩顆行星距離最近的時候。

地球和火星分別是太陽系內距離太陽第三和第四近的行星。這兩顆行星都在圍繞著太陽做公轉運動，但它們的公轉周期卻有著很大的差別。火星的公轉周期為687個地球日，也就是說地球繞太陽差不多每轉兩圈，火星才能繞太陽轉一圈。這也意味著地球和火星之間的相對位置是每時每刻都在改變的。

當火星和地球分別移動到太陽的兩邊時，二者之間的距離最遠，這個位置被稱為『合』（Conjunction），如下圖所示：

這個名稱聽上去有點奇怪，在這個位置上明明火星和地球分開在太陽的兩端，為什麼要把它叫做『合』位呢？這是因為在這個時候從地球上觀察，火星和太陽處於觀察者的同一側，所以稱之為『合』。

而當火星和地球轉到太陽的同一側時，二者之間的距離最近，這個位置被稱為『沖』（Opposition）。如下圖所示：

這個時候從地球上觀察，太陽和火星分別位於地球的兩側，所以這個位置被稱為『沖』（opposition有相反、相對的意思）。對於地球上的觀察者來說，當太陽在西邊落下時，火星剛好從東方的夜空升起。而當火星沿著天空運行至西邊落下時，太陽又剛好從東邊升起。

那麼問題來了：從地球發射探測器到火星的最佳時機是什麼時候？

很多人（答主曾經也是）憑藉直覺都會認為發射這樣一枚火箭的最佳時機是在地球和火星直線距離最短的時候，只要瞄準火星的方向發射一枚探測器，就可以在最短的時間內到達火星。這樣一條路線如果畫出來的話就是上圖中那條白色的直線。

但是，沿著這樣一條路線是到不了火星的。

我們的地球每時每刻都在圍繞著太陽做公轉運動。也就是說，地球以及地球上的一切物體都在宇宙空間中以30公里/秒的線速度運動。從地球發射出的探測器自然也會獲得這一初始速度。這個速度又大大超過了人類推進技術所能達到的速度，所以這顆對準火星發射的探測器在離開地球之後還是會和地球一起繞著太陽做圓周運動。請看下面的圖片：（下面三張圖片都來自於這個頁面：http://www-spof.gsfc.nasa.gov/stargaze/Smars1.htm，這是一個很棒的網站，介紹了很多太空知識）

在上面這張圖片中，內側的圓圈代表地球公轉軌道，外側的圓圈代表火星公轉軌道。當一顆探測器對準火星發射後，會獲得與地球相同的30公里/秒的速度V0，繼續圍繞太陽旋轉。

那麼，什麼才是到達火星的正確方式呢？既然離開地球的探測器反正都要圍繞太陽公轉，我們只要在速度V0的基礎上再給它加上一個特定的速度分量，把它的軌道從圓形拉成橢圓形，然後讓橢圓的一點與火星軌道相切就可以了，就像這樣：

探測器從處於P點的地球上發射後，經過一個橢圓形的軌道之後在A點與火星軌道相切。雖然繞著太陽轉了半圈，但這卻是從地球到火星最省力的路線，這條路線叫做霍曼轉移軌道（Hohmann Transfer Orbit）。確定了軌道之後，下一步我們需要計算的就是什麼時候從地球上發射探測器，可以讓火星剛好和探測器同時到達A點以實現回合。在茫茫的宇宙空間中做到這一點就好比要算準時機，丟出一顆網球去擊中正在空中飛行的另外一顆網球。計算出探測器從P點到達A點所需的時間，再減去火星在這段時間內走過的路程，就可以得到在發射探測器時火星應該所處的位置：

計算過程在前面的那個頁面上有，這裡就不重複了。地球和火星這種特定的相對位置，每26個月會出現一次，這也就是人們所說的『發射窗口』。

最後再補充一下，雖然霍曼轉移是所需能量最小的方案，但並不代表這是唯一的方案。人們可以以多消耗能量為代價以其他軌道進行行星間的轉移。例如下面這張維基百科圖片就顯示了三種不同的轉移軌道。圖中的（A）、（B）、（C）軌道代表的分別是（A）霍曼轉移軌道（Hohmann Transfer Orbit）、（B）合點航行（Conjunction Mission）、（C）沖點航行（Opposition Mission）。

你有沒有想過宇宙為什麼是黑色的？這個簡單的問題里其實隱藏著你意料之外的宇宙秘密。

18世紀，德國天文學家海因里希·奧伯斯提出了著名的奧伯斯佯謬：假如宇宙是穩定而且無限的，而且有無數的發光星體，那麼無論望向天空的哪一個位置，都應該看到一顆星體，夜空就應該是完全明亮的。著名作家埃德加愛倫坡也提出了類似的想法：

星星是連續不盡的，然後背景的天空將呈現一致的光亮，就像銀河所顯示的——因為不會有絕對的點，在那所有的背景中，星星將不復存在。因此，在那些，在這樣的事態下，唯一的模式，我們可以體會到我們的望遠鏡在無數的方向上發現空隙，將假設無形的背景，因為距離的遙遠，光芒從未能到達我們。

對於這個問題，奧伯斯自己的解釋是，宇宙中存在氣體和塵埃，阻擋了光線，所以不是所有星星的光都能到達地球（和下面評論區的一些看法一樣）。但是，這不是一個有效的解釋。氣體和塵埃吸收了能量以後，會以電磁波的形式輻射出能量。在無限星體和無限空間的前提下，這些輻射還是會讓宇宙變得明亮。

然而，夜空，或者說太空是黑色的。至少說明1）宇宙中沒有無限的星體，或者2）宇宙不是永恆的。宇宙空間可能是無限的，但是有星體的地方卻只是我們周圍有限的空間。這樣，如果你看的足夠遠，你就會看到沒有星體的黑暗虛空。用於描述宇宙大爆炸的暴漲理論表明，宇宙空間各處密度是均衡的；宇宙的幾何結構是平坦的。這意味著1）宇宙是一個無限的空間，2）宇宙中有無限的星體。而對宇宙的觀察也表明，這很可能是正確的。

那麼太空的黑暗是不是因為宇宙的年齡是有限的呢？宇宙從大爆炸到現在大約137億年。那麼距離我們137億光年以外的星體發出的光還在路上，沒有到達我們。也許如果我們等得足夠久，它們的光就會到達地球，讓我們的夜空亮如白晝。然而，這也是不可能的，這是因為宇宙空間每一處都在膨脹。

圖片來自 www.timeone.ca

空間膨脹是均勻的，就是說每一處膨脹的速度是一樣的，但是膨脹的效果是疊加的。從上圖可以看出，距離我們（點B)越遠的地方，離我們的距離增加的越多。這個疊加效果是驚人的。不難算出，離我們足夠遠的地方，空間遠離我們的速度超過了光速。你沒有看錯，我是說超過了光速。相對論告訴我們任何物體都不能以超過光速的速度在空間中運動，但是沒有說空間本身不能超過光速。這個事實的後果是：在這部分空間里的星體發出的光永遠不能到達我們。我們等得再久，夜空也不會亮如白晝。

由於空間的膨脹，我們的可視宇宙範圍也在膨脹。現在的可視宇宙半徑也是大於137億光年的（466億光年）。隨著空間膨脹，我們可以看到的宇宙範圍也在增大。但是，邊界之外的宇宙也在以更快的速度遠離。大部分的宇宙我們是永遠看不到的，當然也永遠無法到達。由於光速的限制，我們被困在一個有限的空間內，無法得知外面的宇宙是什麼樣子。這是不是很像黑洞視界的概念。實際上，這也是一種視界，和黑洞正好相反。黑洞是光線永遠出不去，而我們的可視宇宙是光線永遠進不來。

在可視宇宙範圍內，雖然光可以到達地球，但已經不是可見光了。空間膨脹把可見光的波長拉長了，相應的降低了頻率。這種現象叫紅移 - 光紅移成了紅外線或頻率更低的微波。

圖片來自電磁波_百度百科

這裡我們忽略了宇宙中的另外一種光。宇宙誕生於137億年前的大爆炸。大爆炸輻射出強烈的能量，它的光應該瀰漫整個宇宙空間，為什麼看不見呢？原因是，經過100多億年的空間膨脹，大爆炸的光已經紅移成了微波。人類的肉眼看不見微波，但是如果我們用看得見微波的望遠鏡對著夜空掃描，就可以看到這一副驚人的圖畫：

「WMAP image of the CMB anisotropy」。來自維基共享資源 - File:WMAP image of the CMB anisotropy.jpg根據公有領域授權

原來，夜空是明亮的，只是我們看不見。

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我在另一篇回答中討論了宇宙是否有限的問題，有興趣的知友歡迎前往閱讀。
宇宙是否有盡頭？ - Mandelbrot 的回答

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我覺得，宇宙中最令人感到神奇的，大概的就是人類本身了吧。

「水35升、碳20公斤、氨水4升、石灰1.5公斤、磷800克、鹽250克、硝石100克、硫磺80克、氟7.5克、硅3克、鐵5克、還有適量的十五種元素，以一個標準的成年人來計算的話，這就是人體的構成物質。」
這是03鋼煉片頭的一段話，當時聽來，震撼不已。仔細想想，這些元素和物質又將從何而來呢？

宇宙中最基礎的元素是氫。局部富集的氫因引力坍縮而被點燃，形成的恆星，如此時窗外正待升起的-太陽。燃氫成氦，釋放光和熱，更大質量的恆星得以繼續聚變形成碳、氮、氧，然後是硅甚至是鐵。無法支撐自身引力的鐵核將會因坍塌而引發超新星爆發，激波將核心周圍的物質被噴射而出，過程中還會形成比鐵更重的元素。

所以，即使忽略掉組成我們身體的元素，在地球上這段漫長而又短暫到微不足道的時光，我們也已經在這個宇宙中旅行了足夠久。

那閃耀整個星系的新星的光芒，穿梭於星際間的急速的噴流。我們都來自於其間，不管是低微貧寒，還是富有高貴，我們都是貨真價實的星辰之子。
我們的身體，都曾在恆星的中心炙熱的燃燒鍛造。。。

所以，當獅心王萊因哈特說「我的征途是星辰大海」這凡人聽起來略顯中二的囈語時，似乎一切又都自然的不可思議。

畢竟我們，也只是一群尋找返鄉之路的少年。

以上

來來來，做個掃盲啟蒙教育。看圖說話：

理論上來說，任何有質量的物質，只要它的「自然半徑」小於它的「史瓦西半徑」，就可以變成黑洞。

假設使用外力作用將我們的太陽擠壓到只有一個小城鎮那麼大，那麼開始擠壓吧：

一下變小了好多，但是你以為這樣就夠了嗎？

又變小了好多，但是你以為這樣就夠了嗎？

剛剛才擠壓到能匹配地球的尺寸，還早呢。那麼繼續。

壓的比已經比地球要小了，但是還要繼續。

差不多壓倒這麼大。

我們的太陽就變成黑洞了。

或者是將我們的地球擠壓到花生殼這麼大，地球也會變成黑洞。

現在我們對一個物質的自然體積尺寸和黑洞體積尺寸已經有了初步的概念，接下來，開始腦洞大開。

這時，飄來一個叫做XTE J1650-500的黑洞。

實際上它也就是和曼哈頓城區的大小差不多，是目前我們已知的最小黑洞。

這個小黑洞的質量大約是我們太陽的3-4倍。

讓我們繼續腦洞大開，縮小視圖，忽略這個小黑洞吧。

結果就飄來這麼一個東西，名叫M82 X-1的黑洞。

這個黑洞的體積和火星的大小差不多。根據之前的史瓦西半徑的比例來進行反推的話，它的質量是。。。

等於多少個我們的太陽質量呢？

其實還沒有完。。。

這個黑洞的自身質量相當於1000個太陽，而它的體積只是和火星相當。這個黑洞在我們人類的認知領域中還只算是中級黑洞。那麼，更牛逼的是什麼呢？

中級黑洞，拜拜吧。我們來點擊「Bai度地圖」上的「減號」按鈕，拚命的縮小視圖。

點擊幾百次的「減號」按鈕，好像還是沒有任何反應，所以繼續點擊，縮小視圖，擴大視野範圍。

。。。
。。。

不知道點擊了多少次的「減號」按鈕。等等，好像有東西來了。

來了來了，就是這麼個東西。來自鳳凰星雲團中心的超大黑洞。它到底有多大呢？

是的，你沒看錯。中間那一小片就是我們的整個太陽系。這個黑洞的直徑是太陽到冥王星距離的19-20倍。這傢伙的體積尺寸實在是太。。。。太大了。

再次根據「史瓦西半徑」比例來進行反推，你能想像到這個超級黑洞的質量有多大嗎？
來吧，放飛你的想像力：

你以為這樣就完了嗎？拿衣服！

相當於我們多少個太陽的質量？不知道。但是，你以為這樣就完了嗎？
拿衣服！！

自覺點，接著去拿衣服。

你們就靜靜的看著我繼續裝逼。

結束了，真的結束了。
這個超級黑洞的質量相當於20000000000個（200億）太陽的質量。

而這個黑洞只是茫茫超級黑洞中的其中一個而已。。。

我們太陽系所位於的銀河系中央也有一個黑洞，它的質量相當於400萬個太陽。

上圖為人類探索到的已知超大黑洞排行榜的前10名，剛剛那個200億的鳳凰星系中心黑洞，也不過剛剛排到老六的位置而已。。。掃盲啟蒙普及結束，我也是現學現賣。請各位毫不吝嗇地讚美吧。
原視頻百度盤下載：http://pan.baidu.com/s/1sjACm41
在線視頻原始鏈接：https://www.youtube.com/watch?v=QgNDao7m41M

前面已經有人提到了宇宙中令人目瞪口呆的黑洞尺度，接下來，我來扒一扒宇宙其他同樣讓你感到目瞪口呆的尺度。

1.與最大的恆星相比，我們的太陽——幾乎可以忽略不計。

箭頭所指的天體，就是我們的地球，太陽可以容納100萬個地球，夠大了吧。

箭頭所指的天體，就是我們的太陽，與直徑4億千米的Pistol Star相比，我們的太陽，簡直就是一個極為渺小的存在。

直徑4億千米的Pistol Star被VY Canis Majoris虐成渣渣。

與最大的恆星——UY Scuti相比，我們的太陽，在它面前，需要放大無數倍，才能看得見。

2.與最大的星系相比，我們的銀河系——幾乎可以忽略不計。

這是我們的銀河系，直徑10萬光年。

我們的鄰居——仙女座星系，直徑20萬光年，銀河系成了小小弟弟。

與直徑50萬光年的Messier 87相比，銀河系和仙女座星系雙雙成為小弟弟。

目前觀測到最大的星系是IC 1101，直徑600萬光年。

3.與宇宙的年齡相比，我們人類存在的時間——幾乎可以忽略不計。
宇宙誕生於138億年前，當我們每每聽到這個數字時，難易想像這138億年，究竟有多麼遙遠。

假如自宇宙大爆炸到此時此刻的138億年，壓縮成我們熟知的12個月份，會是什麼樣的情形？

宇宙誕生之時，就是1月1號，從那時起一直到12月31號的午夜，整個年曆表，包含了宇宙誕生後所有的時間。

這個年曆和我們平時使用的年曆，在時間尺度上，有著天壤之別。

按照這個年曆，我們來看從1月1號開始，宇宙在什麼時候，會發生什麼。

1月1日：宇宙大爆炸
1月10號：第一批恆星發出光芒
1月13號：這些恆星開始聚合，形成第一批小星系
3月15號：銀河系誕生
8月31號：太陽誕生
9月21號：生命開始誕生
11月9號：生命開始呼吸、移動
12月17號：海洋生物開始登陸陸地
12月28號：第一朵花開始綻放
12月30號早上6點24分：小行星撞擊地球
12月31號最後一小時：人類出現
12月31號23點59分46秒：人類所有記載的歷史，都誕生於此

高樓、城堡、寺廟、你、我、他、草原、高山、湖泊、海洋......所有有形的還有無形的，所有物質的和精神的東西，都只是存在於這短短的14秒中。

人類之渺小，宇宙之洪荒，遠遠不是我們能夠想像的。

但慶幸的是，此時此刻，我們有陽光，有空氣，寒冷時有衣物禦寒，飢餓時有食物果腹。

仰望茫茫的星空，我們需要手拉著心愛的人，這樣才不會心慌。

http://weixin.qq.com/r/1zrYwDfEVGorrXOj92-F (二維碼自動識別)

圖片來源：國家地理頻道紀錄片：宇宙時空之旅

果殼畫的真實比例月食示意圖
源：Sina Visitor System【刷屏醒目】真實比例的月食示意圖

每次你洗好一副牌，可以認為牌當前的排列順序在人類歷史上從來沒有出現過！

除去大王小王，一副牌有52張。可能的排序有52×51×50×...×2×1種，即52!種。對的，52×51×50×...×2×1竟然等於52！
而 $52!=80658175170943878571660636856403766975289505440883277824000000000000approx 8.0658 imes 10^{67}$

讓我們再來估算一下人類一共洗了多少次牌。現在全球大概有70億人，撲克牌存在了大概700年。假設這70億人每秒洗一次牌，且堅持不懈的洗了700年，洗牌次數僅僅是
$70 imes10^{8} imes700 imes365 imes24 imes3600approx 1.546 imes 10^{20}$
這個估算相當粗糙，但人類洗牌次數只會比這個數小。

人類洗牌總次數與一副牌可能的排序數目的比值是
$frac{1.546 imes 10^{20} }{8.0658 imes 10^{67} } approx 1.9 imes 10^{-48}$
這個數值幾乎就是零。

所以，下次你再洗完牌，可以相當有把握的說：良辰洗的牌，你們洗不出來！

更詳細的解釋見MW - Shuffling Cards

PS：答主只是定性的說明一下洗出重複序列的概率極低，並不是試圖給出嚴格的證明。貼的鏈接中給出了相對更為嚴格的證明。
「這個數值幾乎就是零」，是想表達如果一個事件擁有極其多的可能，而事件只重複了極少次數的話，那麼可以認為這些結果是各自不同的。想像一個骰子有一億個面，如果只是投擲了10次，那麼這10次得出的結果中至少有兩次相同的概率極小，這是小概率事件，可以認為不會發生。是的，小概率事件在重複了足夠多次後一定會發生，然而問題是人類目前的洗牌次數還遠遠不夠，很遺憾，就是再堅持不懈的洗一萬年依然還是遠遠不夠。。。事實上，只要概率不是零，在重複了足夠多的次數後總會發生，比如投擲一億零一次骰子，得出的結果中至少有兩次相同的概率顯然是1。
人類洗出的牌只是所有可能中的冰山一角的一角，所以良辰洗的牌，你們還真洗不出來。一萬年後結論依然依然。

最奇妙的地方莫過於我們和宇宙之間的關係，我們所見到的一切包括我們自己身上的絕大多數元素都來自宇宙最具毀滅性的現象——超新星爆炸。

超新星爆炸來源於恆星爆炸，我們的太陽就是一個恆星，但因為質量太小不足以引起超新星爆炸。但所有的恆星都是一個元素合成裝置，我們的太陽先把最小的原子氫合成成氦，當氫元素用完時，恆星會把氦合成成碳，碳再合成成氧。從相對原子質量表中可以看出元素越來越重，恆星正在「組裝」元素。但我們的太陽因為質量不夠大，把元素組裝成碳就已經是極限了，如果我們的太陽開始合成碳，說明也壽命將至。

如果是我們的太陽大小的恆星耗盡所有核燃料。它最後會坍縮成只有地球般大小的白矮星，如果這是個雙星系統（沒有基礎知識的話可以想像成兩個太陽的系統），它就會開始吸引另一個恆星的物質，碳和氧會繼續合成成鐵，一旦吸積了足夠多的物質並達到了約為1.38倍太陽質量，達到一個叫錢德拉塞卡極限的時候，這顆白矮星將會爆炸，我們稱為Ia型超新星。

Ia型超新星爆炸後把大量鐵元素拋向宇宙空間，最後變成了每一個在你體內為你運送氧氣的鐵元素和你家的鍋。因為白矮星每次都在到達約1.38倍太陽質量爆炸（錢德拉塞卡極限），所以每次的亮度是一樣的。這個特性也讓Ia型超新星成為極佳的宇宙里程標，對比每顆Ia超新星的明亮程度我們就可以知道它離我們的距離，點亮宇宙的超新星也是天文學家測量宇宙的明燈。

那鐵以上的元素怎麼辦，比如人人都想要的金。因為原來只能合成鐵的原因是因為我們太陽的質量太「小」了，無法再合成更重的元素，那更重的恆星是不是可以合成更重的元素？答案是肯定的，更重的恆星會在死亡時坍縮，引發更大的壓力，從而製造出更重的元素。
你體內的各種重元素、手中的金戒指也許有的就來自這個級別的恆星坍縮時的內核。這些恆星有多大呢？

我們的太陽這麼大，左下的小點是我們的地球。

為了合成更重的元素，恆星需要非常重的質量，這樣的恆星不需要雙星系統就可以自己引發超新星爆炸，比如海山二，質量約在太陽的150倍左右，亮度則約是太陽的500萬倍。越重的恆星合成的元素越多，合成速度也越快。

但越重的恆星並不意味著越大。參宿四，質量僅為太陽的18-19倍，但體積比海山二還要大約300倍，約為太陽的7.29億倍，如果它是我們的太陽，它可以觸碰到木星的軌道。光度為太陽的12萬倍，是全天第10亮星。

但這不是宇宙中最大的恆星，比如這顆——大犬座VY星，質量只是太陽的20倍左右，但體積是太陽的30億倍左右。人類所觀測到的宇宙中最大的恆星——盾牌座UY，體積則達到了太陽的50億倍左右。

這就是為什麼金子值錢的終極原因，因為越重的恆星越稀有。
越重的恆星越狂暴，它們會很快耗完自己的燃料，但同時他們也會快速地製造大量元素。它們會進一步合成釩、鉻、錳、鐵等重元素。但一旦出現鐵（對就是你家用來炒菜那個鍋），這顆恆星就藥丸，鐵會吸收掉核聚變的力量，這顆恆星一下失去了核聚變向外推的力量會被自己強大的引力回吸，一下子坍縮成一個點，超大的壓力會使恆星內核進一步合成更重的元素，比如金。探索越過臨界值則會引發超新星爆炸。把合成的釩、鉻、錳、鐵、金等重元素拋向太空，這些元素再慢慢聚合形成下一個恆星或行星，如此反覆.......

如果像上面海山二這種級別的恆星如果死亡，將會引發更猛烈的爆炸——超超新星（Hypernova）。爆炸除了拋射出極大量元素到宇宙空間，還會留下一個遺產——黑洞。很多人都會覺得黑洞是個毀滅性的東西，但就跟超新星一樣，宇宙中毀滅和創生就跟太極一樣都是循環往複的，這玩意兒在我們銀河系中心就有一個，這個黑洞在銀河系的演化中扮演著極其重要的角色，如果沒有這個超級黑洞，你我也將不復存在。

而我們的銀河系是如此之大，以至於像太陽這種恆星就達到了4000億顆。圖中每個小光點就是一個像我們太陽系一樣的恆星系統。銀河系直徑約為120,000光年。

但比起我們的鄰居仙女座，我們還是嫌小了。

但比起M87星雲，鄰居仙女座還是相形見絀。

但比起我們找到最大的星系IC-1101，我們的銀河系小到幾乎不存在。

我們來看看組裝到一起，整個宇宙長什麼樣。

然而這個我們所認知的最大的物體，居然和我們所知道的最精巧細膩的物體——大腦，在結構和構成過程上有驚人的相似之處。

也許下次你仰望星空，你知道我們都來自那裡，來自能照亮宇宙的最絢爛煙花超新星爆炸，我們身體的每一個部分，所用的每一個部件，都來自極為狂暴的恆星內核。
是的，我們都是星塵之子。《聖經》說：「你本是塵土,仍要歸於塵土。」
天文學家說「你本是星塵，仍要歸於星塵。」

------------------------------------------------2016.2.10號更新線--------------------------------------------------------
今天看到了個非常有意思的視頻，天體物理學家 Neil DeGrasse Tyson 接受《時代周刊》的一個採訪時被問到，「關於宇宙，你覺得最震撼的事實是什麼？」，有人將他的回答做成短片。
The Most Astounding Fact (Neil DeGrasse Tyson)—在線播放—優酷網，視頻高清在線觀看
Tyson給出的回答和這篇答案非常有趣地不謀而合，短片的音樂還配上了The Cinematic Orchestra的《To Build A Home》，歌詞的最後幾句貼在下面：

And I built a home
For you
For me

Until it disappeared
From me
From you
And now, it"s time to leave and turn to dust.

小時候我就夢想做一個宇航員，對神秘莫測的宇宙充滿了興趣，但是這輩子也難以窺得其中億分之一。網路上有很多關於宇宙的視頻，所以我花時間整理了其中的一部分，管中窺豹吧。還可以通過軟體，比如目前已知的自由和最真實多樣性的宇宙沙盤——Space Engine，去模擬的宇宙空間里自己探索。
對於一個這輩子都不可能走出地球之外的普通人來說，我希望有更多的人收藏這個回答，當我們有時間的時候，能夠停下腳步靜下心來，忘記一天的煩惱，沉浸在浩瀚神秘的宇宙之中。

同時，我還為所有知乎的知友準備了一份大禮，讓大家方便快捷的找到知乎各個話題下的精彩問題，請看————

史上最全的知乎話題整理，沒有之一！

哲學探討——我是誰我從哪裡來我往何處去 最根本的問題，一個引入深思的視頻，如果說宇宙中什麼最超乎想像，那麼我覺得宇宙的存在，我們自己和這一切的一切，本身就是一個超乎想像的現象。

【哲學探討】這個視頻是一個宇宙 @柚子木字幕組

欣賞——在音樂中漫遊宇宙之美

【中文字幕】在純音樂中感受宇宙之美

【高清】超震撼的宇宙星際旅行

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【我們的宇宙】天體寫真集

奇觀——嘆為觀止的宇宙風景

【TOP5s】宇宙五大奧妙奇觀 @柚子木字幕組

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宇宙中10個令人嘆為觀止的景色[NEW VERSION]_趣味短片

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從宇宙深淵到行星表面，從宇宙深空到行星裂縫，震撼

星體——奇特神秘的宇宙星系

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盤點宇宙中最不可思議的十大行星@Fun譯字幕組

【2015】宇宙最大恆星/The Biggest Stars in the Universe

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浩瀚宇宙中的怪異東西（一）

其他——千奇百怪的宇宙事實

【十個系列】10個宇宙未解之謎

宇宙10大未解之謎宇宙中10個最巨大的災厄

10大宇宙中不可思議的發現

10個關於宇宙的離奇古怪事實

關於宇宙你所不知道的25件事

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紀錄片——科普宇宙的種種知識

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【探索頻道】當我們離開地球【字幕】【NASA】

絕對好奇（Curiosity）第二季全集人人影視中英字幕高清

宇宙奧秘_國家數字影像館【紀錄片】浩瀚宇宙合集

對比——濃縮不同視角的宇宙大小和歷史等

http://www.bilibili.com/video/av1261813/ 1分鐘看看恆星的大小

http://www.bilibili.com/video/av801282/ 1分鐘對比恆星和行星

http://www.bilibili.com/video/av691110/ 1分鐘濃縮宇宙的歷史

http://www.bilibili.com/video/av2411436/ 2分半3D動畫看完宇宙

http://www.bilibili.com/video/av1228478/ 2分鐘地球到宇宙盡頭

http://www.acfun.tv/v/ac1184448 2分鐘看完宇宙有多大

http://www.acfun.tv/v/ac2383201 3分鐘縱觀宇宙的尺度

http://www.bilibili.com/video/av1839330/ 3分鐘看完宇宙的對比

http://www.bilibili.com/video/av1192095/ 3分鐘對比太陽的渺小

http://www.bilibili.com/video/av825951/ 3分鐘了解宇宙大爆炸

http://www.bilibili.com/video/av1867195/ 4分鐘從納米看到光年

http://www.bilibili.com/video/av2417201/ 4分鐘了解宇宙的大小

http://www.bilibili.com/video/av499656/ 4分鐘科普宇宙的大小

http://www.bilibili.com/video/av1115895/ 4分鐘看盡宇宙的進化

http://www.bilibili.com/video/av820924/ 4分鐘從百米到百億光年

http://www.bilibili.com/video/av1240827/ 5分鐘看完宇宙的演化

http://www.bilibili.com/video/av2733561/ 5分鐘秒懂次元的概念

http://www.acfun.tv/v/ac2412171 6分鐘看遍宇宙的全部

http://www.bilibili.com/video/av1270342/ 6分鐘看完粒子到宇宙

http://www.bilibili.com/video/av1413809/ 7分鐘速覽宇宙的尺寸

http://www.acfun.tv/v/ac2006599 7分鐘以時間對比歷史和未來

http://www.bilibili.com/video/av2741037/ 8分鐘簡述宇宙發展史

http://www.bilibili.com/video/av1800716/ 9分鐘看盡宇宙的大小

http://www.bilibili.com/video/av1410247/ 10分鐘說完宇宙的歷史

http://www.acfun.tv/v/ac2047473 17分鐘看完未來宇宙的時間線

http://www.acfun.tv/v/ac1144268 18分鐘講述宇宙的歷史

http://www.bilibili.com/video/av1581611/ 20分鐘宇宙誕生到地球毀滅

http://www.bilibili.com/video/av2870073/ 30分鐘比較宇宙大小擴充版

http://www.bilibili.com/video/av327446/ 90分鐘濃縮呈現世界的歷史

沒想到收到這麼多贊。借著這個答案寫一點題外話。因為這點題外話好懂，所以寫在前面了。其實是兩個話題，我寫在自己的個人公眾號裡面了。除了寫這個，我最近還寫了一些關於古羅馬歷史的東西。小小的公眾號求關註：younglings_2011

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我想在這裡寫寫，我們是怎麼適應了我們的宇宙，我們觀察到的宇宙為什麼是這個樣子，最後說一點題外話。

初級版本

高中物理教材在討論黑體輻射的時候，都是把太陽當做理想黑體的。太陽的溫度是6000開爾文左右。太陽發出的光最大功率的頻段就是可見光。有些宗教人士會說「這是上帝給人的恩惠」。其實是我們的眼睛為了適應太陽光而進化。因為太陽的溫度是六千度左右，所以在某一頻段上輻射的強度最大。而人類在晝間活動，自然要能看到最強的光線，也就是太陽光。

為什麼25攝氏度是我們最舒服的溫度，也不是什麼上帝的恩惠，而是我們就是在這樣的溫度下進化而來。

遠古的海洋鹽度是0.9%，我們今天醫院裡用的生理鹽水濃度也是0.9%。

知乎上有過一個很有趣的問題，為什麼這個世界上沒有哥斯拉那樣可怕的巨獸？其實不是沒有，而是我們人類就是。這個世界上絕大多數動物都是昆蟲的大小，而在螞蟻和螞蚱面前，我們就是哥斯拉一樣的存在。

我還真的想要討論動物的大小問題。

在恐龍時代，不光恐龍長得那麼巨大。白堊紀的蜻蜓也能長到一米長。我們知道，維持一個物體的形狀不變，這個物體越大，表面積/體積的比值就越小，而對於生物體來說，這個比值太小，會導致生物體和外界物質交換困難。而所有的生物體，都需要排出廢物，不斷吸收營養。這也是為什麼無論多大的生物，細胞只能長那麼大。

對動物來說，想要得到足夠的氧氣。動物長得越大，就需要更大的肺。更大的肺，是指肺在身體中佔據的比例也更大。

中生代的空氣中，氧含量高達32%，而現在的空氣中含氧量21%左右。所以中生代的空氣足以支持恐龍那樣的巨獸，今天的空氣不能。

進階版，進階到真正物理的梗了呢。

真正物理的梗，我們觀測到的宇宙為什麼是這個樣子的？

霍金在《果殼中的宇宙》裡面討論了幾個很有趣的問題。其中一個就是「人存定理」，用我們的存在本身，來解釋為什麼我們觀測到的宇宙是現在這個樣子。因為只有在這樣的宇宙中，我們才能生存，所以我們觀察到的宇宙只能是這個樣子。似乎能解釋很多不好解釋的問題：

為什麼空間是三維的？或者說，為什麼空間不是二維的？不能是四維甚至更高維度的？

二維的空間不足以容納生命的複雜結構。霍金在《果殼中的宇宙》裡面就給了一個例子：二維的駱駝。二維的駱駝怎麼吃掉一個蘋果？把自己分成兩半嗎？

為什麼空間不能是四維甚至是更高維度的？

我們知道靜電力和萬有引力都是與距離的平方成反比的。我想這是因為我們生活在三維空間當中，而三維空間中存在著高斯定理。對電場來說，在一個封閉曲面上做對電場做積分，積分得到的通量和曲面內包含的電荷量成正比。而高斯定理使得這些力成為平方反比的作用力。

如果空間是四維的，電場力和萬有引力想必會和距離的三次方成反比吧。三次方反比的結果，是電場力和萬有引力的梯度太大，會撕裂我們所見的所有物體，就像土星撕裂土星環一樣。

為什麼土星環不能聚合成一顆真正的大衛星，而是只能形成一團塵埃和碎石漂在軌道上？土星環離土星太近了，它被土星引力的梯度撕裂，不能構成一個衛星。絕大多數星球都是靠引力來凝聚的。而在土星這樣一個大傢伙面前，土星環上的那些塵埃，不能靠自身的引力來對抗土星環的引力梯度，所以被撕裂。

在強大的引力梯度影響下，靠自身引力聚集已然不可能。所以只好靠分子間的作用力來聚合。可是聚合出來的東西，自然不會是那些大塊頭。畢竟只有引力的作用距離有那麼遠。

行星的引力梯度尚且如此，宇宙中最可怕的引力梯度就是黑洞。黑洞的引力梯度，大到可以撕裂比太陽大幾百倍的恆星。

而真正接近黑洞的視界時，面對強大的引力，所有的物質結構都會被撕裂，包括我們剛剛說過的靠分子間作用力聚合的物體。即使是那些我們所以為牢不可破的結構，分子，原子，核子，那些我們所知道的最強的力：電磁力、強相互作用，面對真正的奇點，統統都是戰五渣。

在四維的空間中，就會出現類似的問題。四維空間中，代入高斯定理，引力的表達式呈現三次方反比。而這個三次方反比的引力，無疑會有更大的梯度。這樣引力梯度會撕裂我們。所以，我們不能生活在四維空間中。

霍金用人存定理解釋的又一個問題是，為什麼宇宙存在至今，是150億年？

化學元素的產生，來源於大恆星內部的核聚變。碳、氧、氮，這些元素支撐著我們的生命。一顆大恆星從氫開始，在自身引力的作用下聚集，塌縮。在這一過程中，引力勢能轉化為這些氫分子的動能，也就是內能。內能不斷積累，高溫高壓之下，氫聚變。聚變的結果，就是形成了更多更複雜的化學元素。

需要產生真正足夠數量的重的化學元素，需要無數大恆星前仆後繼地聚變，自然是需要更多的時間。

大恆星完成了它們的生命周期之後，這些化學元素在宇宙中遊盪，重新在引力的作用下聚集，形成了像地球這樣的行星。地球上無機物之間的化學反應，機緣巧合形成了有機物。有機物的化學反應更加複雜，慢慢出現了生命。一切等待都是那麼漫長，150億年之後，終於出現了我們人類這樣的生命體。所以，我們觀測到的宇宙是150億年。

人存原理的邏輯是這樣的：因為只有這樣的世界能容納我們，只有在這樣的世界中我們才能存在，所以我們觀察到的世界是這個樣子的。

進階+1版

萬有引力是怎麼產生的，有個很有趣的解釋。

有個解釋是，廣義相對論所講，物體的質量使空間彎曲。物體在空間中運動，而空間被龐大質量所扭曲，就出現了萬有引力的效果。

然而我想討論的是另一種解釋。

兩個物體，構成了一個勢阱。根據不確定性原理，空間中波函數的位置和動量不能同時精確地測量。這個「不能精確測量」的意思，不是我們技術手段不夠，而是說粒子和波的運動本身就是不確定的。勢阱中的波函數不能是零。如果波函數是零的話，就違反了不確定性關係。所以，空間中的波函數一定是某一個基態。現在我改變兩個物體之間的距離，也就改變了這個勢阱。這個勢阱中波函數的基態也就相應地改變，也就改變了波函數基態的能量。

物體的位移導致了能量的改變，這正是一個保守力的特徵，所以萬有引力誕生了。

終極版，接下來的內容是關於相對論的，可能對不懂物理的同學造成成噸傷害。

我直接略去了相對論發現的過程，感興趣的親們可以看霍金《果殼中的宇宙》第一章《相對論簡史》；我也略去了相對論的公式推導，感興趣的親們可以去看大學物理教材。舒幼生《力學》北京大學出版社。這本書折磨了我一個學期之久。

其實為了寫這一段，我確實花了一天時間從頭到尾地推公式，然而我決定在這裡把公式都略掉，畢竟我沒在寫教材。

狹義相對論中提出了不同於常識的時空變換：在不同的參考系下觀測，時間和空間都會變化。洛倫茨變換引出了「動鍾變慢」和「動尺收縮」的效應：如果一個物體，相對於我，以接近光速的速度在運動，我認為它的時間變慢了，我認為它的長度縮短了。

一個例子是來自宇宙射線中的μ子，在10-20km的高空中產生（大概是二次粒子吧）。實驗測量之下，μ子的壽命（半衰期）大概是2.2μs（）。就算μ子用光速飛行，它們再衰變之前能走過的平均距離也只有0.66km。然而，我們在地面上就能觀測到大量的μ子。

在μ子的參考系看來，地球在以接近光速運動，而動尺收縮效應，使得大氣層變薄了。μ子認為自己並沒有走10km，它走的距離還是0.66km。

在地球參考系看來，大氣層還是那麼厚。但是因為動鍾變慢的效應，μ子的壽命大大延長了。也就是說，運動中的μ子壽命是遠大於2.2μs的，μ子可以走完10km到達地球。

如果是一列火車，以接近光速的速度開進山洞呢？假設火車和山洞在靜止時長度是相等的。那麼在火車司機看來，山洞是運動的，所以縮短了，比火車短。在山洞門口的保安看來，火車是運動的，所以火車比山洞短。

現在保安做這樣一件事情：在關上山洞後門的同時，打開山洞的前門。達到的效果就是，有那麼一瞬間，火車是整個被關在山洞裡面的。把火車關在山洞裡面，就證明火車真的比山洞短了，對嗎？然而在火車司機的參考系看來，火車還是比山洞長的，這怎麼解釋呢？

然而，在火車司機的視角來看，是山洞的前門先打開了，若干時間以後，山東的後門關上了。其實火車還是比山洞長的。

時間是什麼？我們日常生活中對時間的測量，是基於對同時事件的觀測。「兩點鐘我出門」也就是，鐘的指針指向兩點鐘的時候，我出門了。但是我們用什麼辦法來對鍾？我的意思是說，想要確定兩件事情是「同時」，本身就很難。我們怎麼知道時間？看錶嗎？但是看錶的時候，信息也是以光速到了我的眼睛裡啊。

想要測量時間，必須同地。想要測量空間，必須同時。而相對論對傳統時空觀真正的顛覆，就是提出在不同的參考系下「同時」和「同地」的標準都會變的。

而在剛剛山洞關火車的例子里：在火車司機的視角看來，保安測量火車長度這個行為並不同時，所以測量得不對。

相對論的另一個有趣的問題是雙生子佯謬了。

雙胞胎兄弟，一個留在地球上，一個坐著飛船去旅行。運動是相對的，所以在飛船上的哥哥看來，地球上弟弟的時間變慢了；在地球上的弟弟看來，飛船上的哥哥的時間變慢了。所以問題來了，哥哥和弟弟到底誰更年輕？

一直以來，很多人認為這個題目要訴諸廣義相對論：哥哥在飛船上，要返回地球，要做加速運動。作加速運動的結果就是，他比弟弟更年輕。

在這裡我想說的是，其實這個問題在狹義相對論的框架內就能解決。相對論的基本假設在於，在任何參考系中真空光速不變、兩個事件之間的間隔不變。間隔的表示如下

在我們平時對間隔的定義下，兩點之間直線最短。然而在這個公式對「間隔」的定義之下，就成了兩點之間直線最長。圖中紅線是坐飛船的哥哥在時空中的路線，藍線是留在地球上的弟弟。

那麼，不管哥哥飛出去多遠，他想要回到地球跟弟弟比誰更老，都要走一條折線。兩點之間直線最長，所以，弟弟走過的間隔線是比哥哥更長的。那麼，這個問題的結論是：在任何一個參考系眼裡，哥哥都比弟弟要年輕。

最後一個問題是愛因斯坦的那個著名的公式

講的是質量和能量的對應關係。這個公式到底是什麼意思？我還特意討教過好幾個老師。答案是，其實在狹義相對論的語境之下，我們是不區分能量和質量的。質量就是能量，能量就是質量。就像我們在稱體重的時候不會區分地球的重力和我們身體的質量一樣。

質量守恆在相對論的語境之下，則表示動質量守恆。（洛倫茨變換的另一個結果，運動的物體質量會變大）而物體動質量與靜止質量之差，就是它的動能了。

居然沒人提到伽瑪射線暴……

先引用維基百科裡對伽瑪射線暴的兩段描述：

伽瑪射線暴（Gamma Ray Burst, 縮寫GRB），又稱伽瑪暴，是來自天空中某一方向的伽瑪射線強度在短時間內突然增強，隨後又迅速減弱的現象，持續時間在0.01-1000秒，輻射主要集中在0.1-100 MeV的能段。

這段文字的描述似乎沒有超出你的想像極限，那麼我們再看下面一段：

如果伽瑪射線暴確實位於宇宙學尺度上，那麼由它的亮度可以推斷，伽瑪暴必定具有非常巨大的能量，往往在幾秒時間裡釋放出的能量就相當於幾百個太陽一生中所釋放出的能量總和，是人們已知的宇宙中最猛烈的爆發。例如1997年12月14日發生的一次伽瑪暴，距地球120億光年，在爆發後一兩秒內，其亮度就與除它以外的整個宇宙一樣明亮，它在50秒內釋放出的能量相當於銀河系200年的總輻射能量，比超新星爆發還要大幾百倍。在它附近的幾百千米範圍內，再現了宇宙大爆炸後千分之一秒時的高溫高密情形。而1999年1月23日發生的一次伽瑪暴比這還要猛烈十倍。

這應該能夠讓你對伽馬射線暴的威力有個初步的認識了，但還不夠具體，因為你對太陽釋放的能量等級仍然不清楚。所以我先告訴你：

據估計，人體中總共有細胞約3.72X10^13個，而一次伽瑪射線暴的威力大概相當於2.243X10^32枚廣島原子彈，也就是說，如果全球人口總數按70億計，把所有人身上的每一個細胞都換成八億六千一百萬枚廣島原子彈，加在一起一塊兒爆炸，才抵得上伽瑪射線暴一秒鐘的能量輸出……

好了，下面是這些數據的推導過程，為了方便推導，我們要再認識一個概念：太陽常數。

太陽常數是進入地球大氣的太陽輻射在單位面積內的總量，要在地球大氣層之外，垂直於入射光的平面上測量。以人造衛星測得的數值是每平方米大約1366瓦特，地球的截面積是127,400,000 平方公里，因此整個地球接收到的能量是1.740×10^17瓦特。由於太陽表面常有有黑子等太陽活動的緣故，太陽常數並不是固定不變的，一年當中的變化幅度在1%左右。

（注:為了使各位有更加直觀的認識，以下遇到類似的巨大數字都用174000000000000000和17.4億億表示，不用科學計數法。）

瓦特的定義是焦耳/秒，也就是說，地球每秒鐘從太陽接收到的能量是1740000000000000000焦耳（也即17.4億億焦耳），而一克TNT炸藥爆炸時所釋放的能量為4184焦耳。兩者相除，得：

174000000000000000焦耳/（4184焦耳/克TNT）*（1000克/千克）*（1000千克/噸）=41587000噸TNT

即地球每秒鐘從太陽接收到的能量相當於4158.7萬噸TNT炸藥爆炸。

做個對比：

·廣島原子彈的當量約為1.3萬噸TNT，；
·第二次世界大戰中所使用的炸藥總量約為500萬噸TNT；
·人類製造並引爆過的最大核彈「沙皇炸彈」當量為5000萬噸（據俄方公布數據）；
·每千克原油完全燃燒產生的熱量為41868000焦耳，2005年時全球原油日開採量為11400000000千克，完全燃燒能產生約477000000000000000（47.7億億）焦耳的熱量，即地球每秒從太陽接收的能量的2.74倍。

不要忘記，太陽和地球之間有著約1.5億千米的距離，假如我們用一個半徑等於日地距離的大球包住太陽，使太陽恰好位於這個球的核心，那麼太陽向外釋放的輻射能將均勻地分布在這個球面上，其面積為：

4*3.14*150000000千米*150000000千米=282600000000000000平方千米（28.26億億平方千米）

橫截面積127400000平方千米的地球在這個巨大的球面上只佔：

127400000平方千米/282600000000000000平方千米=0.00000000045的份額，或百億分之四點五。由於太陽的輻射能是均勻地散布在這個球面上的，如果不考慮輻射能在途中的損失，那麼太陽每秒鐘對外輻射的能量就是：

174000000000000000焦耳/0.00000000045=387000000000000000000000000焦耳

也就是387億億億焦耳，相當於1848311111（十八億四千八百三十一萬一千一百一十一）枚沙皇炸彈爆炸時所釋放的能量。如果原油產量保持不變，則

387億億億焦耳/（47.7億億焦耳/日）*（365.2564日/年）=2221236年

（注，年的具體長度隨定義而不同，這裡取恆星年，即地球圍繞太陽運動的公轉周期為準）

也就是說，人類得從222萬1236年前還是古猿時就開始以2005年的速率（每天1140萬噸）開採原油，一直持續到今天，再將開採出來的原油完全燃燒，才足夠支持太陽一秒鐘的對外輻射能。

現在你該對太陽的輻射能有個清晰明確的概念了吧？

再回頭看我們前面引用的內容：

伽瑪暴必定具有非常巨大的能量，往往在幾秒時間裡釋放出的能量就相當於幾百個太陽一生中所釋放出的能量總和，

天文學告訴我們，太陽的壽命大約為100億年，一年有365.2564天，一天有86400秒。至於「幾秒時間裡釋放出的能量就相當於幾百個太陽一生中所釋放出的能量總和「，我們就把那個」幾」字約去，變成「每秒釋放的能量相當於一百個太陽一生中所釋放出的能量總和「好了。

把十八億四千八百三十一萬一千一百一十一枚沙皇炸彈（每枚沙皇炸彈的威力都相當於廣島原子彈的3846倍）或者2005年原油產量的二百二十二萬一千二百三十六倍乘上一百億，再乘上365.2564，再乘上86400，再乘上100，就是：

五萬八千三百三十億億億枚沙皇炸彈或者二點二四三億億億億枚廣島原子彈同時爆炸……

人類以2005年時的原油開採速率，連續不停地開採七十億億億年（做個對比，宇宙誕生至今約為150-200億年，地球誕生至今約為46億年），然後完全徹底地燒掉……

這麼多的能量在一秒鐘內完全釋放出來，就是伽瑪射線暴的威力。

現在你對伽瑪射線暴的能量有清晰明確的概念了嗎？

想像一下一群住在你頭髮裡面的細菌。
它們一直忽視周圍的世界。直到有一群細菌，他們開始「抬頭」仰望周圍的世界：

圖片來自小黃人 - 必應 images
然後他們意思到有一個巨大的物體向他們滾來：

他們才終於意思到自己的渺小，開始不斷的抬頭仰望。

（1）
回到我們的問題中來，銀河系的直徑約為100,000光年，一光年是光在一年中走的距離。光可以每秒繞著地球轉7圈。就算我們最快的飛行器也需要18,000年才能走過1光年，銀河系竟然有100,000光年這麼多距離。

如果你把下面這幅畫一直放大到地球那麼大，你也需要顯微鏡才能看到我們微笑的太陽。如果銀河系和地球一樣大的話，那麼太陽的直徑大概是0.02毫米。：

圖片來自Milky Way earth
這個也意味著，如果銀河系另一邊有智慧生物現在用望遠鏡看地球，那麼根據進化論，他們能看到的是一些尼安德特人：

（2）

在1995年，科學家們選取了夜空中看似沒有星星的一片黑暗的地方。對於肉眼，就算對於一般的望遠鏡，這裡都是又空又黑。這個區域其實很小，大概是一個距離你100米的網球看起來那麼小。科學家用哈勃望遠鏡對著這個區域做了10天的曝光，想看看者黑暗中到底有些什麼東西。

引自三個關於宇宙的驚奇事實
曝光的結果就是這個：

圖片來自nasa hubber ultra deep field

你看到的這些光點都不是恆星，而是一整個星系。僅僅是這幅圖就有大概10,000個星系，每個星系都有1萬億顆恆星。這都只是天空中一片指甲蓋大小的空間中的：

圖片來自cosmic epochs

科學家用這個信息估算，我們能夠觀察到的星系大概有1000億個，如果要計算恆星的數量，那就大概是10^22到10^24個那麼多。
為了讓大家對這個數字有個直觀的印象，夏威夷大學的人花了很長時間估算了地球上上大概有多少粒砂子，這個數字大概是7.5*10^18。
這意味著，對於地球上的每一粒砂子，宇宙中都差不多有1萬顆恆星。

引自三個關於宇宙的驚奇事實

（3）

除了那些雙星系統，其實大多數恆星都在宇宙中的某個地方孤獨的呆著，無聊的要死。
我們的太陽也不是例外，距離太陽最近的恆星，比鄰星，距離地球足足有4.24光年遠。坐飛船飛過去大概要70,000年。

引自三個關於宇宙的驚奇事實

所以，如果把太陽是呼和浩特市中心的一顆乒乓球，那麼最近的另外一顆乒乓球大概在通遼（1153公里之外）。

圖片來自sun cry - 必應 images

（4）

最大的恆星叫做「紅特超巨星」。有一個叫做VY Canis Majoris的大得離譜的恆星，直徑足足有1420個太陽那麼大。下圖就是它和太陽的合影：

圖片來自sun VY Canis Majoris

或者，如果太陽是一個乒乓球的話，那麼這個紅特超巨星就大概是一棟16層的樓房。現實中，一架飛機需要1100年才能圍繞這個恆星一圈。假如把這個VY Canis Majoris放在現在太陽所在的地方，那麼一直到從太陽一直到土星都會被它吞沒。

引自三個關於宇宙的驚奇事實

（5）

一個巨大的恆星在死亡之後會爆炸為超新星，接著引力導致超新星坍縮，然後變成中子星。
一般的物質都是由原子構成的，而原子內部基本上都是空的。原子的質量基本上來自它中間緻密的原子核。為了讓這個更加形象一些，想像一個1公里直徑的球體，這麼大的球你可以把兩個帝國大廈放進去都不會碰到頂。如果原子有這麼大的話，原子核就是一個在最中間懸浮的黃豆。這整個1公里大的球體和這裡黃豆的質量是一樣的。（電子的質量非常輕，只有原子核的幾千分之一）。
在引力坍縮的過程中，因為坍縮成的中子星被壓縮的的太厲害了，原子中間的空間都被擠沒了，所有黃豆大的原子核現在都靠在一起。所以想像一下那個1千米直徑的球，這次裡面填滿了黃豆。這時候它的質量就是1,000,000,000,000,000個黃豆。
這就是中子星形成的過程。沒有空位，所有的地方都擺滿了構成原子核的中子（質子和電子合成了中子）。它的質量是正常物質的1千萬億億倍。

引自三個關於宇宙的驚奇事實

所以對於一個直徑有24公里的中子星，它的質量就可以和太陽相提並論，或者一百萬個地球。下圖就是一百萬個地球擺在一起的中子星有多大：

圖片來自衛星地圖-Google Earth中文地標分享

1. 「企鵝護蛋」 ——扭曲的星系NGC 2936

NASA在2013年6月20日公布了一張哈勃太空望遠鏡拍攝的照片，整張照片看上去就像是一隻「企鵝」正在保護它的「蛋」。

「企鵝」形狀的星系是一個正在形成恆星的螺旋星系，名為「NGC 2936」。這個星系呈扁平螺旋盤狀，與我們的銀河系相似。由於與下方「蛋」形狀的星系NGC 2937發生引力潮汐相互作用，NGC 2936內恆星的軌道有些混亂。NGC 2937星系通過引力拖拽拉伸NGC 2936星系，導致後者的外形發生徹底改變。

（「企鵝護蛋」這個名字不是我起的，是從NASA照片注釋直接翻譯來的——This image shows the two galaxies interacting. NGC 2936, once a standard spiral galaxy, and NGC 2937, a smaller elliptical, bear a striking resemblance to a penguin guarding its egg.）

2. 天鵝圈星雲的「藍色煙霧」——超新星爆炸餘波猶在

2012年3月，NASA利用星系演化探測器（Galaxy Evolution Explorer）拍攝了一幅天鵝圈星雲的紫外圖像，圖像中的「藍色煙霧」其實是熾熱的塵埃與氣體所發出的光。天鵝圈距離地球約1500光年，它是5000至8000年前一次超新星爆炸的巨大殘骸。那次爆炸的衝擊波至今仍在向外發散，並不斷地對氣體塵埃雲進行加熱，從而顯示出了這個紫外圖像。

3. 黑洞噴射現象

NASA於2009年1月公布了一張照片，清晰地顯示出半人馬座A(Centaurus A)星系中心的一個超大質量黑洞正在不斷向外噴射各種物質。這張圖片的數據來自NASA的錢拉德X射線天文台和歐洲南方天文台。

4. 原恆星

2013年8月，哈勃太空望遠鏡觀測到了一個非常奇特的天體，NASA的科學家形象地喻之為「宇宙毛蟲」（Cosmic Caterpillar）。這個由氣體和塵埃構成的龐然大物，正處在一個非常早期的原恆星（Protostar）演化階段。它宛如一隻巨大無比的毛毛蟲，舒展飄遊於曠宇深空之中，長度達一光年。該天體已經被正式命名為IRAS 20324+4057。

原恆星是在星際介質中的巨分子雲收縮下出現的天體，是恆星形成過程中的早期階段。對一個太陽質量的恆星而言，這個階段至少持續大約100,000年。

5. 木星的極光現象

我們都知道地球存在極光現象，其實極光也會發生在其它行星上，並且同樣發生在磁極附近。

2016年7月，哈勃太空望遠鏡拍攝到了木星的藍色極光（如圖所示）。由於木星磁場比地球磁場強很多（木星赤道地區磁場強度是4.3高斯，相較之下地球只有0.3高斯），所以木星的極光更勝一籌。

6. 土星的「正反面」

土星的正面（面向太陽的一側）大家都比較熟悉了，顏色為土黃色。

但一直以來都沒人知道土星的背面（背對太陽的一側）是什麼樣的。2012年卡西尼-惠更斯號探測器拍攝了一張土星背面的照片，美麗的翠綠色震撼了NASA的科學家們。

7. 強射電源——仙后座A

2006年8月，NASA發布了一張仙后座A（Cassiopeia A，簡稱Cas A）的照片，該照片由哈勃太空望遠鏡拍攝。仙后座A是位於仙后座的強射電源，距離地球約11000光年。它是銀河系內已知的最年輕超新星遺迹，也是我們天空中除太陽外最強的射電源，據哈勃望遠鏡測定其物質以每小時5000萬千米的速度向外膨脹。

8. 強烈恆星風塑造紅蜘蛛星雲

紅蜘蛛星雲（Red Spider Nebula），即 NGC 6537，是一個位於人馬座的行星狀星雲。紅蜘蛛星雲中心的白矮星會產生溫度高達10000 K的強烈恆星風，速度達到每秒300公里，產生振幅1千億公里的震波。這樣的恆星風使星雲的形狀成為獨特的蜘蛛形，並且使星雲擴張。星雲內白矮星表面溫度預估高達50萬K，超過太陽表面溫度的50倍，是目前已知表面溫度最高的恆星之一。該圖片是哈勃太空望遠鏡於2016年10月拍攝的。

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最後，也讓拍攝這些美麗圖景的「大功臣」們露一下臉（由於「功臣」太多，就讓知名度比較高的哈勃和卡西尼代表一下好了）。

哈勃太空望遠鏡（第二張圖中有兩個宇航員正在對哈勃進行修理維護工作）

卡西尼-惠更斯號土星探測器

當然，真正的功臣是致力於探索宇宙奧秘的眾多科學家們。

轉個圖。

說兩個：一是太空高速公路，二是KIC8462852恆星。

第一個：
其實宇宙中存在著天然的高速公路供我們星際旅行使用，我們現在要做的就是發現它們併到達它們的「出發點」。這些高速公路的存在我們的直覺相悖，但是是科學的。我們的太陽系家庭中存在一套星際傳播網路，就是指星際高速：

考慮到太陽和地球之間的相互引力，我們有可能在星際之間旅行只需要使用極少或者是不需要使用能量，簡單點來說就是幾乎不需要使用力。只要我們有耐心，找出這個正確的出發點就可以滿足，而事實證明：這樣的點就是地球的一個拉格朗日點。這個點保證著地球、月球、太陽直接的引力剛好互相抵消。現在我們已經找到了這樣的點，並且這樣的點可以推廣到更大的太空中。
展示一下地球拉格朗日點：

L1、L2、L3、是不穩定的，我們可以把他們想成是一座座引力的山峰。所以在這些點上，只要輕輕一推我們就可以出發，彷彿位於過山車的頂點一樣。我們只需要仔細選擇自己的方向，好比在火車站選擇自己的出行方向一樣，選擇好了，出行完全是自發了，幾乎不需要燃料。
好消息是，科學家已經畫出了一部分站點和路線：

在圖中，連線顯示了出行線路，而紅圈點就是拉格朗日點。沿著這些線路，出行幾乎是免費的。

現在很多星際之間的航行開始打算利用這以發現，所以我對星際旅行非常有信心。

不過大家要自駕游，不走尋常路以發現新事物，那當然是要付出一些代價的。就是現在我們認為的躑躅難進。

第二個：
再來說一個未解的：

沒有人說KIC 8462852恆星嗎？

它是如此的反常，足夠讓我們猜想有文明已經發展到Ⅱ型文明階段，而現在的事實是我們地球連Ⅰ型文明都沒有達到。

這裡科普一下宇宙文明等級：

Ⅰ型文明：行星系文明。

Ⅱ型文明：恆星系文明。

Ⅲ型文明：星系文明。

Ⅰ型文明可以掌握自己所在星球的資源，Ⅱ型文明可以掌握所在星系恆星的資源，Ⅲ型文明可以掌握所在星系的資源。

換一句話說：

Ⅰ級文明：此等級的文明所掌握的科學技術可以完全掌控他們星球上的一切可利用資源，以及一切事物。是星球上的絕對主宰者，可以隨心所欲的控制天氣、河流、土地、其它生物、海洋甚至地殼內物質的變化、興衰。可以說，在他們的星球上他們無所不能。

Ⅱ級文明：可充分利用其恆星所具有的能量，並將他們的太陽系完全納入操控之下。可以在太陽系內的各個行星上自由居住、穿梭，不擔心能源問題因為懂得怎樣高效利用從恆星上散發出的無窮無盡的能量，社會已經高度發達，發展趨於高加速式。

（需要提到的是如果一個文明到了第二類型，那麼它就幾乎是無可摧毀的了。至少人類現知的一切自然、人為的手段，都無法觸及他們一根毫毛。即使是在他們的附近出現了超新星爆發，也不能讓他們滅亡。他們可以將他們的星系轉移至遠離爆發的恆星，或者乾脆將爆發的能量利用起來。高度發達的社會下，他們自己也不會做出自滅的舉動。）

Ⅲ級文明：已經不局限於他們的太陽系，而是所在的整個星系，比如我們的銀河系。可利用星系內所有恆星的能量。這類文明已經超出了我們的想像，我們只能猜測他們的生存方式。根據愛因斯坦的相對論，超過光速是理論上不成立的。一個星系很大，從這頭飛到那頭，即使是接近光速的速度也要幾百萬年，所以第三類型文明，並不是想科幻片中那樣，開著碩大的宇宙飛船，穿梭於星際之中。

根據標準：人類現在還沒有達到Ⅰ級文明。而樂觀的預測是還需要100年人類才可以到達Ⅰ及文明，而在這一百年中，我們自然災害、疾病、資源枯竭和戰爭的致命威脅，進而走向滅亡。

發現過程：

2011年開始，一些恆星觀察愛好者發現了一個恆星KIC 8462852，這顆恆心距離地球1480光年，在持續的觀測中，它的反常引起了人們的注意。

一般來說的話，行星在恆星周圍旋轉，如果行星轉到恆星的前面，進入我們的觀測視野的話，那我們就會觀測到光變曲線上的一個小坑，這代表著光線變暗。

按照模型，這種小坑會佔用1%，可是在觀測這顆恆星的過程中，卻發現它會有高的多的佔用。在觀測的第800天達到15%，1500天的時候達到了22%。

同時的話觀測到的光變曲線是有規律的：呈現一種對稱性。

但是觀測到KIC8462852確實這樣的：

從來沒有恆星會出現這樣的狀況，剛開始科學家擔心是儀器出現了問題，可是經過監測後儀器完全沒有問題，那會不會是數據出現問題了呢？檢查後發現也不是數據的問題。

天文學界炸鍋了，反常理的地方一定存在著真理。於是開始各種研究。比如說這種變化來自恆星內部的變化。

它周圍的行星帶的塵埃造成的，行星遭到撞擊爆發出塵埃造成的。如同是這樣的：

可是觀測數據讓這些假設都站不住腳。

KIC8462852是一顆成熟的F恆星，是太陽的1.5倍那麼大，如果是一顆年輕的恆星的話，因為它周圍的塵埃會有特定的紅外輻射，但是在KIC8462852卻觀測不到。

同時美國宇航局在人們觀測的那近2000天中對那顆恆心所在星系掃描過，也沒有發現過行星的撞擊，所以行星撞擊爆發出塵埃就被否定了。

然後科學家還假設是否是一顆倒霉的彗星剛好經過KIC8462852，然後因為某種原因而粉碎了，彗星的碎片擋住了它的光，

可是不幸的是，開普勒觀測到一顆彗星近距離擦過KIC8462852。所以這種可能也是微乎其微的。

然後科學家想起來了卡爾達肖夫指數指數，就是它定義了宇宙文明的等級。美國天文學家JasonWright提出的猜測是：有外星文明建造了巨大的建築，正在竊取那顆恆星的能量。而這個建築就是戴森球。

是弗里曼·戴森在1960年就提出的一種理論。所謂「戴森球」其實就是直徑2億km不等，用來包裹恆星開採恆星能的人造天體。

而根據觀察和分析，那個巨大的建築可能是這個樣子的：

猜測這個建築可能比太陽還大，同時還是繞著KIC8462852來旋轉的。而我們只是觀測到了它1481年之前的樣子，那時候它可能只是處於建設階段，遠沒有我們現在想像的樣子。而它在1481年之後是什麼樣子的？人類真是太過於渺小。

它離我們只有1480光年，在宇宙中彷彿和地球就是前後桌，而如果按照《三體》中的黑暗森林理論的話，這個建築物的所有者為什麼不來收割我們呢？

我們可以猜測一下：
它廢棄了，在1481年前它立項的時候非常完美，但是建造開始一段時間之後遇到了致命的缺陷，所以被放棄了，我們只觀測到它的幾塊碎片，如果繼續觀測下去的話，它依然是老樣子——呈現現在發現的規律性。
它的所有者離我們很遠，這裡只是他們的一處礦場，而他們在建造它的時候發現我們了嗎？可能沒有發現，可能發現了，想想1480年之前的地球是一幅怎麼樣的光景。
如果他們發現我們了，那我們還讓我們茁壯成長呢？可能彷彿我們看著一窩螞蟻一樣，等著我們發展壯大然後一鍋端，也可能是黑暗森林理論不適用，還有一種可能是他們被其他更高的文明毀滅了，但是細思極恐的是：難道他們沒有檔案嗎？我們一定會被寫進檔案中。而如果黑暗森林成立，那更高的文明把我們排到了上斷頭台的第幾位呢？

耶魯大學的Tabetha Boyajian教授也同意外星文明正在大興土木的假說。

2013年的一篇論文《MEASUREMENT OF SPIN-ORBIT MISALIGNMENT AND NODAL PRECESSION FOR THE PLANET AROUND PRE-MAIN-SEQUENCE STAR PTFO 8-8695 FROM GRAVITY DARKENING》給出了另外的一種解釋：這只是宇宙的一種表現，它和Ⅱ型文明沒有關係。

它的觀點是這樣的：

當一顆恆星和太陽不一樣——不是圓的——而是一種扁圓的存在，這樣的話它的「赤道」就極大於它的兩極連線的二倍。這樣帶來的結果將是它的它的兩極將會有很大的重力，這樣的話它的兩極就會有比赤道地區更高的溫度和更亮的光線。如果按照模擬它周圍的行星按照不同的軌道運行的話，也可以得出與觀測KIC8462852相似的結果。而可能的原因就是行星通過KIC8462852不同的區域造成的。

他們做實驗進行了模擬：

紅色的表示的是那顆扁圓的恆星，而圓圈表示的是行星，他們按照不同的軌道經過恆星，觀測到的光變是不同的，但是也表現出了與觀測KIC8462852相似的曲線，為了方便比較，我們把它們放到一幅圖中：

這似乎比外星人的猜測更站得住腳。

你選擇那種觀點呢？

但是科學家們對兩種觀點都存疑，他們要採取實實在在的行動。

我們很早以前就對外星文明發出了邀請：

而位於加州的望遠鏡陣列開始了實在的行動：

而這次會不會好奇害死那隻貓呢？

我突然想起了那首詩：

完。

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激情時代滋養出來的屍香魔芋--抗日神劇 - 知乎專欄

http://weixin.qq.com/r/MDgHH93EsYDOrZl8920i (二維碼自動識別)

公眾號：豬倌小考

離太陽最近的恆星是比鄰星，距離太陽系4.22光年。以光速每秒29.98萬公里計，這個距離是：

4.22 * 365 * 24 * 60 * 60 * 29.98萬 = 39.8萬億公里。

地球與太陽的平均距離約1.5億公里，即一個天文單位。太陽與比鄰星的距離約是26.5萬個天文單位。

如果做一個模型，地球與太陽的距離是一米，比鄰星就在265公里之外，約相當於相鄰兩省中心城市的距離。可以想像成，地球與太陽在一個小電話亭里過著小日子，另外一個恆星要在鄰省才會出現，這中間基本沒啥東西。但這個模型就太大了。

如果將太陽與比鄰星放到一個200米長寬的大廳里隔著265米對角放著，那麼地球離太陽就是1毫米。

在這個大廳里，人眼湊近了去看太陽，也看不到啥。太陽直徑是日地距離的約百分之一，人從地球上望過去，會佔據天空寬度的約百分之一，所以能看出形狀。但在這個大廳里，太陽直徑只有10微米，象極細小的灰塵，人眼基本看不見。最大的木星離太陽有5毫米，直徑0.5微米，也看不見。但是，如果太陽這個灰塵發光了，那就會有一個點狀光源可見，還是看不出形狀。所以，我們看天上的星星，就象在這個大廳里看10微米的灰塵，發光的看不到形狀，不發光的看不到。把地球與太陽模型都通上電發光，一毫米的距離我們還是能分辨，能夠想像一下，265米外的比鄰星離得多遠。

三體人（注，參見劉慈欣大作《三體》）的飛船飛向太陽，百分之一的光速。在這個大廳里，13個小時後，我們會發現它移動了1毫米，一天不到2毫米，要400年才從那邊爬過來。但這個運動速度還是可以察覺到的。過一年去看，三體艦隊爬了三分之二米，對地球還是有威脅的感覺。

比鄰星的三體人和太陽系的地球人，隔空喊打喊殺。三體人衝過來了，速度極慢，但能看出它的努力。這是銀河系一個小角落的事情。銀河系的直徑是10萬光年，相當於3萬個大廳排著6000公里長。如果兩個相鄰恆星的模型要佔一個大廳演戲，那銀河系模型就得占整個地球演戲。這個戲演得非常得慢，400年兩個鄰居才殺過去打一架。

銀河系邊上不遠處有或大或小的一些星系。如果把銀河系理解成一個壓扁的地球，那往邊上望，會發現不遠處的另一個扁球，二者中間也就能再放下兩個扁地球。還有一些扁球在邊上，都是差不多的距離。但這些邊上的扁球都比扁地球要小得多，大的五分之一直徑，小的就只二百分之一。所以，這些扁球叫「矮星系」。銀河系拉上這些這些矮星系，組成一個團團，叫「銀河系次群」，其中銀河系明顯地大。

銀河系拉著一夥矮哥們，往外面看。邊上有個差不多的大傢伙，叫仙女星系，長得很象，直徑大一倍。這個仙女星系和銀河星系一樣，也有些矮哥們圍著，組成一個次群。銀河系和仙女星系兩個離著稍遠，中間能放下20個銀河系。如果把銀行系當扁地球，仙女星系就在月亮那兒，只不過要近一些，直徑也要大得多。一個「銀河巨人」看仙女星系，感覺直徑有10倍月亮那麼大。當然，這得假設這個「銀河巨人」非常巨大，日地距離只相當於他一根頭髮那麼粗。實際仙女星系離著有220萬光年這麼遠，銀河巨人看到的東西是220萬年前的，而地球人看的月亮是1秒鐘以前的。看到月亮，人可能會明白地球是圓的。銀河系什麼樣銀河人在內部看不出來，是看到仙女星系的樣子，才想像驗證出來的。

銀河系與仙女星系，兩個大的，各拉了一些小的，約有50個大大小小的扁球，組成了一個「本星系群」。它的範圍是1000萬光年，大約100個銀河系扁球並排。這些扁球自己在旋轉、相互之間也有接近遠離的動作。看趨勢，銀河系與仙女星系在靠近，30億年以後可能會碰到一起變成一個星系，但這個動作非常的慢，也不一定。總的來說，這50個扁球是一個疏散的組合，扁球們沒有向中心聚集的感覺。想像一個集裝箱，裡面50個玻璃球、乒乓球、網球，再加兩大的籃球在那飄，這就是「本星系群」。

如果再拉遠些看「本星系群」，會發現它只是一個更大的扁平結構中，處於邊緣的一部分。這個扁平結構，又是50個左右的成員，直徑1-2億光年，超過10個「本星系群」這麼寬，或者1000個銀河這麼寬。這個扁平結構叫「本超星系團」，它是有中心的，中心在「室女星系團」。可以想像成上面的集裝箱，有50多個，在一塊平地堆場上或內或外擺放，組成一個鬆散的圓盤。銀河系在邊上繞中心轉，1000億年轉一圈。

再往上，其實就沒了，就是「人類可觀測宇宙」本身的。「本超星系團」已經1億光年了，整個可觀測宇宙也就200億光年，往上確實就是宇宙本身了。人們把「可觀測宇宙」取個名叫「總星系」，但其實它並沒有明顯的結構，沒有明顯的中心。如果可觀測宇宙外面還有東西，那麼總星系可能會出現一些結構特徵。也可能沒東西，宇宙就這麼大。總星系200億光年的半徑，相當於20萬個銀河系的寬度。而且，總星系不是扁平結構，是往上下、左右、前後都有東西。

總星系裡面有超過10億個銀河系這樣的星系。如果「本超星系團」有2500個星系，那麼總星系裡有40萬個這樣的「超星系團」。如果銀河星是一個直徑4厘米的乒乓球那麼大，那麼宇宙半徑就是10公里，也還是可以想像的，就看著地面想像一個頂天立地的大球就行了，還能看見大球的大部分。半徑10公里大的球，裝10億個乒乓球，還是很容易的。如果均勻分布，相鄰球之間的距離比較大，中間還能塞下200多個球。所以，星系離得應該比較遠。但有些球相隔近些，中間只能塞下2-20個球，那麼就是「次群」或者「星系群」，「超星系群」還有中心結構繞著轉。

時間、意義、宇宙膨脹速度、暗物質和暗能量、反物質、中微子、類型體、脈衝星
——11.3——
12.類星體。類星體這天體簡直了！典型類星體的光度是太陽光度的10萬億倍！這是啥概念，對比下，銀河系的光度是太陽的360億倍。嘿嘿，一個類星體光度就是銀河系的上千倍！
說個最新的，我國學者吳學兵、左文文等人2015.2.16在《自然》雜誌上發表了《一個紅移6.3有120億倍太陽質量黑洞的超亮類星體》，他們在雲南發現了迄今為止發光本領最強的類星體，是太陽光度的430萬億倍！！中心黑洞質量是以前發現最大質量黑洞的4倍，直接碾壓有木有！
11.宇宙本來木有物質，只是一個純能量點，好玩不？宇宙大爆炸後才有質能轉換。
——11.2更新——
10.脈衝星自傳速度炒雞塊。在已發現的2500多顆脈衝星中，慢的十幾秒一圈，快的716圈/s！！比F1賽車發動機快大約2倍！(大爺的)
9(此條純屬YY,可跳過)大家還記得《三體》裡面智子二維展開嗎？一個質子可能就是一個宇宙。反觀我們現在的宇宙，它是不是只是宇宙外世界的一個微觀粒子，或者是其中文明者的一個實驗品，加速膨脹不是由於暗物質暗能量而是神實驗者施與的一個外力？
——11.1更新——
(目測知乎受眾的天文常識不高，所以更新一些常識類)
8.太陽內核聚變產生光子，光子產生後，但是光子在太陽內不斷碰撞、折返。大約經過1000年才能離開太陽。然後，其中極少的經過8分鐘飛向地球。所以，我們接觸到的每一束陽光都是穿越了千年時光的老者，無怪乎它們是如此溫暖。
——10.31更新——
7. 。中微子具有最強的穿透力，能穿越地球直徑那麼厚的物質。每秒鐘通過我們眼睛的中微子數以十億計，但我們卻不會感知，在100億個中微子中只有一個會與物質發生反應。 (來自GAFA)
——10.28更新——
6. 宇宙大爆炸後一段時間由亞原子粒子形成基本粒子後，產生了物質和反物質，然後砰砰啪啪，很幸運，物質比反物質多出了那麼一丟丟，約10億分之一，然後，形成了現在的宇宙。我們現在這麼多的物質，也不過是當初碰巧多出來的一點點.....

(看了高票答案，很是驚訝，很多我以為常識的東西竟然被點贊辣么多，orz早知道我也.......畢竟我寫的要麼是前沿科學，要麼是自己想的)
竟然破百贊了！謝謝大家的點贊和關注！個人覺得最好玩的還是最下面兩條 (如果能看看我其他幾個回答更是感激不盡)——過百贊的分割線(?? . ??)——

5.暗物質和暗能量

雖然暗物質和暗能量的各種現象不能被直接觀測，但是，由於它們佔據了宇宙能量密度的95%(沒錯，雖然人類可以觀測到的物質能量多到超乎想像，但是只是人家暗物質暗能量的尾巴.....)，所以它們對我們可觀測天體會有很大的影響。下面便是一些相關假設。

(1)宇宙空間到處是紫外線，然而它們不來自任何恆星......所以，它們來自暗物質粒子衰變或撞擊時放射紫外線？

(2)星系的速度900000～1400000千米/時，遠超出正常計算值350000千米/時，想想我們處在銀河中，每小時都會跟著它飛多遠，在漫無邊際の空間飄蕩....

(3)銀河系中央脈衝星的缺失。(脈衝星也是一種好玩的天體，脈衝星是一種發出周期性電磁脈衝的、高速自旋的中子星，中子星又是一種好玩的天體，質量遠大於太陽的恆星坍縮成直徑只有20千米左右的天體，因為壓力過大，電子都和質子合體了，於是只有中子) 銀河系中央有大量的巨型恆星，這意味著會有很多的脈衝星(比其他中子星容易觀測到)，但是2000年對銀心半徑80光年範圍的觀測連一顆也木有！本該有數百顆噠！有科學家猜測，由於脈衝星不斷積累暗物質後不堪重負，爆炸成了黑洞，而黑洞，不會脈動！所以，就觀測不到啦！

(4)某次觀測檢測到能量強度特別高的信號，達3550eV，這本對應著原子釋放出的光子，然而沒有已知元素對應。這可能是暗物質粒子撞擊湮滅發出的，撞擊產生了與希格斯玻色子性質相同的粒子，每個衰變成兩個光子，它們的能量與觀測到的峰值相稱。

(5)

——簡單更新一點——(因為時間關係這會只隨便說一句，我晚點會更新有關暗物質和暗能量的內容)
有贊再更新吧。手機碼字很累啊！！沒贊狗帶！！！！

4.土星環
土星環從外緣到內緣有77000千米，而厚度僅僅10米左右！！
更新

3.宇宙大爆炸之初，宇宙在一普朗克時間(一千億億億億億分之一秒即10^-43s 秒)內就從一個原子大小變成了乒乓球大小。這使得宇宙的膨脹速率超過了光速！！！(當然，這個時候沒有基本粒子，也就沒有光子，光也是不存在的。)(這條是在某個記錄片上看到的，不記得了。

————( ????? )————分割線————

1.時間總是不一致的。
影響時間的兩大因素：速度和引力場。
速度越大的物體，時間過得越慢。大家都知道那個雙胞胎的例子，雙胞胎中的一個A乘坐高速宇宙飛船去旅行，另外一個B在地球生活。在地球上過了幾十年後,B已經老去，而A還很年輕。這便是可以看做是時間旅行了，而且是目前唯一正確的。

一個人所在的引力場越大，時間越慢。而目前宇宙中的引力場很大的就是黑洞啦。假設A乘坐宇宙飛船在黑洞的引力場內玩，並且能保證隨時可以離開。（只是在引力場較邊緣地區，沒有很近），那麼同理，回到地球後的A還是很年輕。
順便扯一句，速度越快的物體質量越大哦

2 意義
宇宙中的一切本來是沒有任何意義的。說白了，不管是大家喜歡的黑洞也好、超大恆星也好、星系星系團也好、各種射線也好，所有的一切不過是萬有引力的作用的結果，而萬有引力的根源在質量，而質量的根源在於賦予基本粒子質量的希格斯波色子。
直到，地球出現了生命進而演化出人類。人類這種逆天的存在具有思維，開始懂得思考意義，萬物的意義。宇宙，便不再是希格斯波色子的獨舞了。（有贊更新，沒贊狗帶）

關於宇宙天體什麼的我就不聊了，我們聊聊音樂和數學。音樂的產生從本質上來講其實來源於數學上的一個驚人的巧合，這無疑是宇宙中的奇蹟。

我們知道，琴弦在振動時，並不只有整根琴弦在振動，其1/2、1/3、1/4……等各部分也在分別振動，其頻率分別是整根琴弦振動頻率的2、3、4……倍。琴弦整體振動發出的音叫做基音，而以琴弦n等分點為波節振動發出的音叫做泛音。基音決定了音的音高，具有人耳可以明顯辨別的響度；而泛音則很難單獨分辨出來，各階泛音所佔據的比重不同決定了音色的不同。
以吉他為例，吉他演奏時會用到的泛音技巧，其實就是是通過手指輕觸琴弦的1/n節點（泛音點）的方式來消除基音、突出該階泛音。吉他演奏者都知道，木吉他上12、7、5品的品絲處為泛音點，其實該位置正好是整根琴弦的1/2、1/3、1/4處（實際上更高階的泛音點也有泛音存在，只不過音量太小，難以分辨）。事實上，這些泛音點的位置還有更加重要的身份，它們是完全協和音程的節點，即純八度、純五度、純四度的節點。
我們聽到兩個同時發出的音是否和諧，從物理本質上來講取決於兩個發聲體振動頻率之比是否簡單。頻率比越簡單，人耳聽起來就越融洽；頻率比越複雜，人聽到的感覺就越衝突。（這裡需要指出的是融洽並不等同於悅耳，爵士樂就大量使用到一些不和諧的音程來製造出豐富而富有變化的色彩。）早在公元前六世紀，古希臘哲學家、科學家畢達哥拉斯及其學派就認為，長度之比為2:1、3:2、4:3的兩根琴弦發出相隔純八度、純五度、純四度音程是完美的協和音程。而振動頻率之比為4:5、5:6的小三度、大三度音程聽起來則相對於純五度要豐滿一些，沒有那麼融洽和空洞。音樂理論上將三度和六度音程歸類為不完全協和音程。三度和五度音程是龐大的和聲學的基礎，整個和聲體系可以追溯到這幾個簡單的音程上來。

說到這裡我們跳出之前的話題，來聊聊五度相生律和十二平均律。
公元前六世紀，畢達哥拉斯及其學派提出了五度相生律。以一音為主音，以頻比為3:2的純五度音程作為生律要素，分別向上下兩側同時生音。比如以C為主音，向上以此升高純五度可以得到G、D、A、E、B，向下依次降低純五度可以得到F、bB、bE、bA、bD、bG，如此便將連同主音在內的十二個音寫在了一個八度之內。五度相生律在音階中保留了最和諧的純五度和純四度音程，極大地滿足了樂曲在和聲上的需求。
明朝時期，我國著名律學家、歷學家、音樂家朱載堉首先證明了音程可以取為二的十二次方根，開創了十二平均律。將純八度（即頻比為2:1）十二等分，相鄰兩個音的頻比為2^(1/12):1，每一等份則稱為一個半音。十二平均律下的音程關係是這樣的：

十二平均律有著非常廣泛的應用，由於相鄰兩個音距離是相等的，所以十二平均律極大地滿足了樂曲在變調上的需求。我們現在聽到絕大多數音樂，裡面用到的樂器都是根據十二平均律來定音的。如鋼琴等鍵盤樂器，吉他、琵琶等弦樂。

但是，這裡面存在一個問題！

我們之前說過，純五度音程之所以是完全協和的，是因為二者的頻比是簡單的3:2，所以相隔純五度的兩個音振動起來會比較融洽，沒有什麼衝突。但是，按照十二平均律的演算法純五度音程的頻比變成了2^(7/12):1，而不是3:2。這樣一個頻比聽起來會是協和的嗎？
然而事實上，這個頻比聽起來是很協和的，那是因為——

兩個數的差距僅僅只有千分之一！我們幾乎可以認為這兩個數相等了！
事實上，如果對比一下五度相生律和十二平均律中各個音級與主音的頻比，結果會是什麼樣子呢？

接近得有些可怕……這明明是兩種完全不同的推導方法啊！為什麼結果會這麼接近啊！

完全不能理解啊！！！

這是巧合吧！！！

這一定是巧合吧！！！

音樂的三要素（節奏、旋律、和聲）中，旋律是依附於音階之上的，而和聲則與不同音程的和諧程度有著密不可分的關係。然而，音階的產生與和聲學巍巍大廈，居然都是源自於這個數學上驚人的巧合：2^(7/12)=3/2

它是如此簡單，卻又是如此讓人無法理解！

它是如此客觀，卻又是如此讓人覺得不可思議！

它直接了當地解釋了為什麼一個八度裡面音的數目是十二個，而不是十一個或是十三個！

它就像一顆小小的細胞，一步一步地分裂分化最終組建成複雜的有機個體！明明只有那麼小那麼簡單，卻是浩如煙海的音樂體系的源頭！

它只不過是一個數學表達式。

黑洞。

科普上對黑洞的描述很簡單：一個引力極大的天體，大到連光也無法逃脫。

於是很多人的觀念就把黑洞當成一個吸力超大的漩渦，或者一個超級吸塵器之類的玩意。

而黑洞的性質要比這個世俗的概念奇幻的多。。。或者說，恐怖得多。

能翻牆者，本座極力推薦VSource的視頻：進入黑洞的旅行：
Travel INSIDE a Black Hole

黑洞代表了時空的終結。光在黑洞視界內無法逃脫，並非是因為黑洞「吸力太大把光全吸進去了」，而是因為在黑洞周圍的時空畸變是如此的強，在視界內根本不存在通往黑洞視界外的路，所有的時空路徑都指向了黑洞的內部。這是絕對的，無可辯駁的「死路一條」，比閻王的生死簿更毋庸置疑。

而「時空的終結」這句話也並不僅僅是對不幸的墜入黑洞者，最後被潮汐力扯碎死亡的藝術化說法。根據廣義相對論，在黑洞視界附近的時間流速相對於宇宙的其它部分是無限大。在你向黑洞視界墜落、通過黑洞視界的之前，你會目睹宇宙的時間向末日飛速奔流，宇宙加速老去，群星燃燒殆盡，爆炸，死去，剩餘的白矮星和中子星在接近無限的時間作用下變成鐵星，最後連質子本身也衰變了，宇宙達到了熱寂。。。多麼諷刺的一件事，墜入黑洞的你本該是必死無疑，但從時間上講，你卻比這個宇宙都活得更久。

黑洞也不像星球那樣有一個固定的表面。黑洞是沒有表面的，但它的黑洞視界從遠處看去是一個黑色的球體，彷彿是一個黑色的表面，周圍附帶著極致的引力透鏡效應帶來的光線扭曲。但當你接近黑洞的時候，你不會有預想中的「著陸」，也永遠不會有腳踏實地的安全感，這個黑色的「表面」代表著時間和空間的一去不復返，代表著命運本身，當你接近它的時候，黑洞的地平線會向上翹曲起來，把你包圍，吞噬你，把你帶向宇宙的終結。。。