宇宙有多空曠?


簡單的回答是:宇宙非常非常非常的空曠。

我們先從微觀世界開始。組成我們周圍世界和我們自己的是原子。我們知道,原子很小。

如果把一個原子放大到一顆玻璃球那麼大。

圖片來自https://youtu.be/_lNF3_30lUE

你的拳頭會有多大呢?

圖片來自https://youtu.be/_lNF3_30lUE

答案是:和地球一樣大。

然而,原子內部基本上是空的。原子包含原子核和電子,剩下的是大量一無所有的空間,大概有這麼多:

圖片來自https://youtu.be/_lNF3_30lUE

如果把這些空間都壓縮掉,全世界人口只有這麼一勺:

圖片來自https://youtu.be/_lNF3_30lUE

再來看看空曠的太空。

關於地球和月球,我們常常看到這樣的圖片。

圖片來自https://www.flickr.com/photos/ugordan/2237142824

但是,它並沒有體現出真實的比例。真實的比例是這樣的:

圖片來自Every planet in our solar system could fit between Earth and the Moon

我們熟悉的太陽系主要是太陽和八大行星,其中最遠的海王星距離太陽30個天文單位,即地球-太陽距離的30倍。其實,所有這些大行星都可以排列到地球和月球之間這0.0026天文單位的距離內:

圖片來自Every planet in our solar system could fit between Earth and the Moon

這個範圍內包含了太陽系的絕大部分物質,但是卻遠遠不是太陽系的邊界。來看看現在認識到的太陽系有多大吧。

圖片來自Solar System

1. 內太陽系。最外層的行星是木星
2. 外太陽系。最外層是柯依伯帶和冥王星。
3. 小行星Sedna的軌道。
4. 奧爾特雲的內層。

下面來看看銀河系。

恆星密度指單位空間中恆星的數量,這個概念可以告訴我們銀河系有多空曠。

太陽附近的恆星密度是每立方光年有0.004顆恆星,也就是說250立方光年才會有一顆恆星。太陽的體積是1.41 x 10^18立方公里。就是說,這個空間的大小是太陽的1.5 x 10^23倍。

這相當於在地球這麼大的空間里,只有一個足球。

銀河系中有超過70%的是比太陽更小的紅矮星,放在這樣的空間中,它們相當於乒乓球的大小。

銀河系中心和球狀星團都是恆星最密集的地區,可以達到太陽附近物質密度的500倍。相當於在地球這麼大的空間中放500個球。

銀河系以外,是以十萬或百萬光年計算的虛無。下圖是我們知道的所有宇宙空間。

圖片來自Local Group

如果把所有的物質分攤到這個空間,它的密度是每立方米6個質子。地球這麼大的空間,它的質量只有1粒沙。

最後,我們眼中一無所有的真空,其實充滿了量子起伏,無數的粒子和反粒子在其中出現,消失。從某種角度來看,其實這是一個喧囂的宇宙。


我來隨便說兩句......

宇宙太空曠啦!(答主說了一句廢話......)
渺小的人類啊!(答主又說了一句廢話......)

就醬。

當然啦還是能通過一些辦法直觀感受一下的。

我覺得「空曠」可以大致可以分為兩個層次:

一種是恆星級別的空曠,恆星間一般相距數光年至數百光年不等。

另一種是星系(群、團)級別的空曠,這個尺度太大,思索許久我決定還是上個圖解決吧......

其實以人類視角觀察,太陽系也足夠空曠了[10],不過與前兩者相比簡直不值得一提。(不過在本回答中是有提及的喲,請留意彩蛋)

接下來就重點說說恆星級別的空曠,再以此為基礎挑戰一下星系(群、團)級別。

恆星級別的「空曠」

首先請各位接受這樣幾個設定:

  1. 兩兩恆星間存在一條高速公路,每條高速公路上沒有任何自然/人造光源。
  2. 每顆恆星都是一個收費站,自帶光芒。
  3. 高速公路沒有服務區。

這樣一來一個龐大而沒有路燈且沒有服務區的「銀河系高速公路網」就建立起來了。

萬惡的銀河系高速公路網哼。

那整個高速公路網有多少收費站呢?大概四千億個吧。[1]

(銀河系高速公路網四千億收費站分布模擬圖,咦,好像有點多 來源:NASA)

這哪叫有點多!!!區區一個銀河系居然有四千億個收費站!!!某天朝也不會那麼喪心病狂好吧!!!

為方便表達,請允許我建立一個很奇葩的比例尺,這個比例尺的大小是:

1/1,495,978,707,000

讀作「一比一點五萬億」,沒記錯的話一般地圖的比例尺大概也就是百萬級別,你們感受一下。簡單來說就是將日地距離當作一分米。光線走這「一分米」的距離也需要差不多八分半鐘。


天文學上有個叫「秒差距」(pc)[2]的距離單位,在當前比例尺下,

1 pc=20.6265km
.
目前估計銀河系直徑約為31-37kpc[1],取中間值34kpc,那麼我們就把銀河系壓縮成直徑

20.6265	imes 3.4	imes 10^{4} =70	imes 10^{4} km

的一個玩意,這大約是地月系的大小。

嗯比例尺也設定好了,我們先來看看距離太陽 100 千米(5 pc)以內的收費站有多少。

目前知道的有 54 個[9]:

看上去 54 個好像很多的樣子,可是他們可不像地球的收費站分布在同一個平面上。

再來看看太陽附近幾個著名「收費站」的距離。

首先是最近的比鄰星(1.295 pc)[3],也就大概 27 千米的樣子,好像不太遠嘛!


但是別忘了,兩個收費站之間沒有任何自然/人造光源


看看全銀河系(地球人看起來)最亮的天狼收費站(2.64 pc)[4],54 千米,相比比鄰星遠了一倍。然後是著名情侶收費站牛郎(5.14 pc)[5]織女(7.68 pc)[6],兩者分別距離我們太陽 106 千米(牛郎)以及 158 千米(織女)。


用了一個如此小的比例尺雖然還是異地戀,但是牛郎織女愉快地表示終於擺脫了一年只能滾一次床單的設定啦。

(太陽(系)附近的大型收費站 作者:Andrew Z. Colvin)


圖中顯示了距離在 300 千米內(約 15 pc)的大型收費站分布。維基百科上有個完整統計[8],粗略數了一下,接近 300 個。


再來看看人們熟知的北極星收費站(132pc)[7],其實人家的正式名稱叫「勾陳一」。勾陳一收費站距離太陽約 2700 千米。


我百度了一下,這個距離大概是廣州到北京的距離(高速公路約 2170 千米)。

先不說少算了 500 千米,想像一下,從廣州開車到北京,

全。程。沒。有。光。源。哦。親。

連。服。務。區。也。沒。有。哦。

上。廁。所。都。成。問。題。哦。


你們感受一下。


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如果用同樣的比例尺換算太陽到銀河中心收費站的距離(8.34 kpc)[1],那已經跑出地球了,一旦跑出地球,感受就不直觀了,於是我很機智地在比例尺的分母最後又加了一個零,變成這樣:

1/14,959,787,070,000

日地距離相當於一厘米。身邊有尺子的話可以拿出來比劃一下,此刻太陽和地球就在大家的指尖。

這個時候銀河中心收費站有多遠呢?假設你手捧著太陽以及八大行星(此時太陽和海王星之間的距離只有 30 厘米)站在廣州塔塔頂,

大家猜猜銀河系中心在哪兒?

喲,那不是耶穌基督嘛。

PS:當日地距離等於一分米時,八大行星到太陽的距離是這樣的:

紅圈部分,單位分米。

距離最遠的海王星離太陽約 3 米。如果在大學宿舍放這樣一個太陽系,水金地火能放在桌子上,而海王星應該在門口外了。

不要嫌小哦~不然來看看這個:If the Moon Were Only 1 Pixel


打發時間必備神器。


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星系(群、團)級別的空曠


現在大家應該會有「銀河系好像還挺空曠」的感覺。以此為基礎咱們來感受一下「空曠」的宇宙(題主比較懶就直接搬運維基百科了,原作:
Andrew Z. Colvin):


銀河系。其實這樣子看一點也不覺得空曠對吧......

本星系群:

室女座超星系團(圖中一點代表一個星系):

本超星系團:

無語凝噎......

總體來說星系在宇宙的分布相對均勻,但在局部存在聚集現象,從而形成不少空洞[11]。這些空洞是如此之大[12],不是我等人類的腦洞可以比擬的......


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。


If the Moon Were Only 1 Pixel


最孤獨的東西是什麼? - 蒼原雪的回答


你看見前方有一顆發光的星星 你以光速靠近 結果你發現到死那天你看見的還是一顆小星星


思考宇宙,會發現有兩點很有意思,可以啟人智慧:
1、宇宙很大且很危險,地球是一粒在宇宙中飄零的前途未卜的塵埃,人類是寄生於塵埃中的蟎蟲。蟎蟲的一切喜怒哀樂,可能僅對狹隘的自身有意義,對宇宙來說屁都不是,甚至連過客也算不上。所以,你說咱們到底親什麼共?仇什麼日?炫什麼富?焦什麼慮?發什麼脾氣?秀什麼恩愛?搞什麼百年大計?盼什麼輝煌騰達?談什麼戰爭和平?論什麼分裂統一?both shit!慧者洒脫,智者超脫。
2、你能看見某事物,是因為該事物發射或反射的光到達了你的眼睛,但光的到達是需要時間的,從太陽到地球大約需要八分鐘,所以你看見的是八分鐘以前的太陽。這又可以推論出很有意思的兩點:
(1)「現在」並不存在,因為你永遠不可能看見「現在」的太陽,只能看見八分鐘以前的太陽——哪怕站在你對面的人,你所看見的,也不是「現在」的他,而是多少毫秒或多少微秒之前的他。
(2)遠處即是歷史,越遠的事物,其光到達你眼睛的時間越長,說明它就是距你時間越久的事物。在某個時刻,太陽是八分鐘以前的,冥王星可能是八十分鐘以前的,北斗星可能是八百分鐘以前的!從這個意義上講,空間就是時間——你想看歷史么?只需要抬頭仰望星空,看向遠處,那裡全是歷史。


宇宙里星星的密度比你現在房間里飛揚的灰塵的密度還要小很多很多倍


簡而言之,在宇宙中的每個點隨機抽樣,是物質的概率接近零


在太陽系內尋找地球,就好比在整個歐洲尋找一隻蒼蠅。
在銀河系內尋找太陽,就好比在整個地球中找一個細菌。
在宇宙中尋找銀河系,沒法比了0.0


人類現在能達到的最好的真空,都不如宇宙空。【密度還比宇宙大的多】


某些超出人思維的尺度是很難用直觀感受來體會的,宇宙就是為數不多的其中之一。
打個另類點的比方,假如太陽系是枚一元硬幣,那我們的銀河系就是一筆四千億的巨鈔,一億毛爺爺加起來就有一立方米多的體積和一噸的重量,假如你的房子是100平那麼大,你把傢具全扔掉塞滿毛爺爺,你將擁有……280億! 同時你將以巨額財產來源不明罪被捕。
繼續,你用14套房裝滿了銀河系(毛爺爺),殊不知宇宙中還有一千億個銀河系,那裝滿所有的毛爺爺需要多少套房呢? 一萬四千億套房! 要知道中國所有住宅加在一塊才四億多套,一萬四千億減四億,也就是說全中國的房子都裝滿毛爺爺,還需要一萬三千九百九十六億套房,也就是說還需要350個中國才能造出裝滿宇宙恆星總數(毛爺爺)的房子。
這裡的舉例毛爺爺一是為了好玩,重要一點是開頭所說,人類的大腦遠沒有適應宇宙尺度,所以理解起來會比較費勁。好比對我來說,假如我做了一件不得了的事,有人要給我10億還是50億,我是沒什麼感覺的,但是給我一千還是五千,我就會急眼,能給五千為啥還要給一千!瑪德制杖!

以上數字皆為估值加心算所得,如有錯誤感謝提醒。還有,我拿一元硬幣代表1,毛爺爺代表100,在價值上是可以這麼比,但是在重量和體積上這是不公平的,論體積一張毛爺爺和一元硬幣是差不多的,也就是說結尾處350個中國可以適當乘以100,以35000個中國的房子來算,但這種尺度下,乘不乘100都一樣,都已經遠超我們的理解範圍了,也就是說沒有意義了。


上下四方曰宇,往古來今曰宙。


不是宇宙空曠,而是物質虛妄。

質子電荷半徑為0.84184飛米(1飛米=0.000 000 000 000 001米),
氫分子中氫共價鍵的長度為74.14皮米,是質子電荷半徑的9萬倍。


空不空曠與行動能力與視角的宏觀或微觀的程度有關。某種程度上說微觀世界也是很空曠的。


以下是方舟子的科普文章《我們孤獨嗎?》:

地球之外是否有生命?是否有智能生物?是否有文明?早在兩千多年前,古希臘的哲學家就已經在認真思考這些問題了。其中有一位如此寫道: 「在一片曠野中只有一株麥子,和在無限的宇宙中只有一個生命世界,都 是不自然的。」當哥白尼發現了地球不是宇宙的中心後,這些問題又被再 次提了出來。布魯諾即認為,宇宙是無限的,到處都有生命世界。這種觀 念使他被處火刑。但以後一些的天文學家繼續思考這個問題,比如惠更斯 就寫過論文說明外星人應該是什麼樣子。

這些當然都只是沒有證據的哲學上的思考。直到1877年,義大利天文 學家西亞帕拉里(Giovanni Schiaparelli)才似乎發現了證據:他從天 文望遠鏡中看到了火星上有「河道」(canali)。河道一詞被翻譯成英語 時變成了「運河」(canal),這個誤譯激勵了美國商人勞威爾(Percival Lowell)投身火星觀察,在亞利桑那州建了一個天文台。到十九、二十世 紀之交,勞威爾已發現了數百條火星運河。他認為這些運河是火星人所開 鑿,而火星人能夠一致合作從事如此巨大的全球性工程,表明他們的文明 程度和技術水平都遠勝於地球人。美國作家威爾斯(H.G.Wells)在1898 年出版的科幻小說《世界大戰》,描繪了火星人入侵地球的景象。從那以 後,火星人做為外星人的代名詞,融入了美國通俗文化。以後的天文學家 們用解析度更高的望遠鏡觀察火星,勞威爾的「運河」便不再存在了,但 是他們發現火星表面的暗度會發生季節性的變化,這會不會意味著火星上 有按季節生長的大片植物?1965年美國太空探測器水手4號飛過火星,傳 回了22張照片,清楚地表明了火星就象月球一樣,是一個布滿隕石坑的荒 涼、死寂的世界。1976年,另一個探測器海盜號在火星著陸,不僅沒有找 到任何生命的跡象,在火星的表層,連有機物的痕迹都未探測到。

至此關於火星有無生命的問題似乎有了結論了。直到1996年,美國航 空航天局(NASA)的科學家宣布從一塊在南極洲發現的、據信是在一萬三 千年前從火星飛來、年齡為45億年的土豆大小的隕石中發現了火星在那時 候存在微生物的四條證據。他們承認,這四條證據的每一條分開來看,都 可以有非生物的解釋,但合在一起,卻強烈表明火星曾經有過微生物。盡 管其他科學家大都不接受這樣的結論,但這一發現經過媒體的渲染,卻重 新激發了探測火星的興趣。這一年的年底,NASA連續發射了兩顆火星探測 器,傳回的圖像表明,火星表面上曾經有過河流、湖泊甚至海洋。這些圖 像經由互聯網傳遍了全世界,使得全球性「火星熱」持續不退。地理證據 表明,在38億年前,火星要比現在更溫暖、潮濕,大氣層更厚,更適於生 命生存。那麼,有沒有可能找到化石?甚至在火星的地下還有生命存在? 以後的幾年一系列的火星探測器將被發射去研究這些問題。預計到2010年, 將會在火星上建立起全球定位系統和計算機網路。地球上的互聯網用戶將 能夠隨時看到火星探測器連續不斷地發回的錄象。這樣,我們就把互聯網 延伸到了地球之外,隨時可以虛擬地訪問火星了。

在太陽系的九大行星中,除了地球之外,火星是最適宜生命生存的。 如果沒能在火星上找到任何生命存在的跡象,那麼別的大行星上就更無可 能。但是太陽系還存在許多衛星值得考察。近年來越來越引起注意的是木 星的衛星歐羅巴。這顆衛星覆蓋著厚厚的冰層,冰層底下可能是深達100 公里的海洋。新近在南極洲的冰下湖泊發現了微生物,使得人們更堅定了 這種信念:只要有水,有有機物,有能量,就很可能有生命。宇宙中到處 存在天然合成的有機物,包括氨基酸、核苷酸鹼基等構成地球生命的分子, 由隕石帶到各個星球。能量也到處都可以找到,除了陽光之外,火山也能 提供能量。所以最稀少也最關鍵的是水。歐羅巴上是否有海洋?是否有生 命?預定在2003年發射的一顆探測器將試圖回答這些問題。

如果能在火星或太陽系的其他地方發現生命,也一定是非常簡單的微 生物。地外文明只能在太陽系之外找,而按我們現在的技術水平,那是可 望而不可及的,只能等他們主動來跟我們聯繫了。如果其他地方存在高度 發達的文明,而他們又象我們一樣好奇,熱衷於尋找別的文明,他們會采 取什麼樣的方式呢?大家馬上想到的,可能是「乘飛碟尋訪」。但是現實 並不象幻想那麼美妙。由於各個星球之間距離極為巨大,乘飛船漫無目的 地漂游乃是一種極其昂貴、效率極低的選擇。最為便宜、方便的是發射含 有信息的無線電波。無線電將以光速傳播,並可向各個方向發射。1960年 開始,人類就開始監聽從茫茫太空中傳來的無線電,試圖發現其中包含有 智能信息,還因此無意中發現了脈衝星。但是這種監聽面臨著一個問題: 宇宙中充滿了各種天然形成的無線電波,地球上也存在著各種各樣的人工 無線電波(電台、電視、無線電通訊、雷達等等)的干擾。面對一架射電 望遠鏡所收集到的巨額數據,研究人員只能限定在一定的頻率範圍內研究 較強的信號。宇宙無線電的背景噪音的頻率大多低於1千兆赫茲,而人工 無線電噪音的頻率大多高於10千兆赫茲,在兩者之間是相對平靜的頻帶。 宇宙中含量最多的物質中性氫發射的無線電頻率為1.42千兆赫茲,另一種 物質羥基的發射頻率為1.64千兆赫茲,二者剛好都位於平靜頻帶。氫和羥 基合起來變成水,所以1.42到1.64千兆赫茲之間的頻帶被稱為「水孔」。 如果水的確是生命的普遍基礎,那麼地外文明最有可能選擇在「水孔」頻 帶發射信號。目前尋找地外文明的項目都從「水孔」開始監聽,以後再擴 大監聽範圍。

但是如果地外文明離我們非常遙遠,他們發來的信息可能就淹沒在那 些被忽視的微弱信號之中了。如果要進一步分析微弱信號,又不是任何一 台計算機所能勝任的。有人想到,每時每刻世界上都有難以數計的個人計 算機開著卻無所事事,只是在運行花哨的屏幕保護程序,為什麼不利用互 聯網把這些個人計算機聯合起來組成一台超型計算機呢?事實上以前已有 計算機愛好者通過並聯運行的方式破譯密碼,也有許多數學愛好者用類似 的方式尋找大素數。受此啟發,加州大學伯克利分校的「尋找地外智能」 研究組於1999年5月正式啟動了「家中尋找地外智能」(SETI@home)項目。 每天,他們將從世界上最大的直徑305米的阿雷西伯(Arecibo)射電望遠 鏡收集來的巨額數據拆散成無數小塊,通過互聯網送到加入這一項目的個 人計算機。這些計算機在處於閑置狀態時即以「屏幕保護程序」的方式自 動對這些數據加以處理,處理完了又通過互聯網送到伯克利,在那裡匯總 研究。用這種方式,可使分析工作的敏感度增加十倍。只要有一台能夠上 網的個人計算機就人人能夠參與這個項目,對計算機的本職工作無影響, 也不會大幅度增加聯網的時間(只需在傳輸數據時聯網,整個過程只有幾 分鐘)。到現在,已有一百七十多萬台計算機加入了這個項目,運行時間 累積達到了二十萬年,成了有史以來最大的一項計算機工程。公眾對尋找 地外文明的興趣,顯然是遠遠大於破譯密碼和尋找大素數的。但是,破譯 密碼和尋找大素數能夠有較為確切的結果,而尋找地外文明的結果極為渺 茫。事實上,若我們能在有生之年發現任何存在地外文明的確切證據,是 極為運氣的。但是,如果我們不去找,那麼運氣也許永遠不會降臨。

這樣的運氣會有多大呢?在1950年,物理學家費米問道:理論上人類 能夠在一百萬年以後飛行到銀河系的各個星球,如果我們能,那麼那些比 我們早進化一百萬年的外星人也應該能。那麼為什麼他們還沒到地球來? 他們究竟在哪裡?費米的意思,是我們在銀河系中很可能是孤獨的。其實 對這個所謂「費米悖論」很容易反駁:可能沒有哪個文明能夠在銀河系各 處殖民,可能我們離其他的文明都過於遙遠,可能還沒有哪個文明進化到 能夠在星際旅行的程度,可能已有外星人在很久以前訪問過地球又走了, 當然也有可能外星人正不為我們所知地觀察著我們。1960年,美國天文學 家德雷克(Frank Drake)試圖定量地說明外星人存在的概率,提出了一 個計算公式。這個「德雷克方程」本來只是開玩笑,沒想到現在卻被正兒 八經地寫入了天文學教科書。這個方程很簡單,人人可以掌握:

N = R * f(p) * n(e) * f(l) * f(i) * f(c) * L

其中N表示銀河系中「通訊文明」(即能發射、監聽星際通訊)的數目。 右邊各項為計算這一數目的參數,*為乘號。

第一個參數 R 為每年在銀河系中形成的「適宜」恆星的數目。銀河系每 年都有新恆星誕生,有的適宜於生命生存,有的不能。太陽系剛好處於銀河 系的適宜帶,既不在暴烈的河系中心,也不太靠近河系邊緣(邊緣地帶的星 雲沒有足夠的重元素產生行星)。各位天文學家對此數目的估計分歧不大, 在每年五到二十個之間。讓我們樂觀一點,設定R=20。這是唯一一個我們比 較有把握的參數。後面的參數從左到右可靠性越來越低。

第二個參數f(p)表示 R 之中具有行星系統的比例。在形成恆星的過程 中,星雲不停地旋轉、坍塌,速度越來越快,最後有兩種可能的結局:或者 形成兩顆恆星即雙星,或者只在中央形成一顆恆星,而周圍形成了行星系統。 一直到幾年前,我們都不知道除了太陽系,宇宙之中是否還有別的行星系統。 但近年來在太陽系之外我們已發現了至少二十幾顆行星,而且這個數目還在 不斷增加。看來行星系統在銀河系中普遍存在。讓我們假定星雲形成雙星和 行星系統的可能性相同,即f(p)=0.5。

第三個參數n(e)是一個行星系統中,處於「適宜帶」的行星數目。行星 要適於生命生存,不能太靠近恆星(太熱),也不能太遠離恆星(太冷), 在兩個極端之間有一個適宜帶,只有在那裡才能有水存在。顯然在做此假設 時,我們把水當做了生命的必要條件。並不能排除存在不依賴水的生命的可 能性,但根據我們的化學知識,水是最適宜生命的。在太陽系中,處於適宜 帶的行星有三個:地球、金星和火星。讓我們保守一點,將這個數目設為1: n(e)=1。

第四個參數f(l)表示處於適宜帶的行星中實際產生了生命的比例。並不 是任何處於適宜帶的行星都能產生生命的,還跟行星的地質、地理條件有關 系。在太陽系中,有三顆大行星處於適宜帶,我們確切地知道地球有生命, 金星無生命,火星可能有或曾經有過簡單的生命。讓我們保守一點,設定每 五顆處於適宜帶的大行星中,只有一顆能產生生命,即f(l)=0.2。

第五個參數f(i)表示在有生命的行星中,進化出智能生命的比例。這是 一個分歧最大的問題。有的認為在地球上經過了三十幾億年的進化,在生存 過的幾十億個物種中才有幾種有智能,可見智能生命的產生極為罕見。也有 的認為我們現在只知道一個生命世界,而它是有智能生命的,就我們所知, 產生智能生命的可能性就可算是百分之百。對這個問題,我們不妨這麼看: 既然智能是一種很好的適應環境的方式,那麼在自然選擇的作用下,經過無 數的試錯,只要有足夠的進化時間,從無數進化途徑中出現一條通向智能, 應該是必然的。當然,這並不是說存在一條通向智能生命的直線進化方向, 而是說智能進化途徑只是同時存在的許多進化途徑中的一條,而且這一條也 不是註定會產生人類(在其他條件下完全可能產生其他的智能生物)。有了 這些說明,我們不妨把這個參數樂觀地設為:f(i)=1。

第六個參數f(c)表示在智能生命中,能夠發明星際通訊技術的比例。這 個問題同樣難以回答。在地球上,我們知道人類發明了這種技術。但是其他 的智能生命,象猿、海豚、鯨,都沒有技術。讓我們再樂觀一回,將這個參 數設為f(c)=0.5。

我們先不管最後一個參數 L ,把以上的設定結果代入方程計算一下:

N = 20 * 0.5 * 1 * 0.2 * 1 * 0.5 * L = L

這是個有趣的結果:銀河系中通訊文明的數目等於一個通訊文明平均能夠生存的年數 L 。但是沒有人能夠知道這個 L 究竟會有多大,連估算都無 法做到。如果我們按費米顯然過於樂觀的估計,每個通訊文明的平均壽命為 一百多萬年,那就意味著銀河系中存在一百多萬個通訊文明。聽上去似乎數 目巨大,但是,與銀河系存在的大約四千億顆恆星相比(象銀河系這樣的星 系在宇宙中還有幾十億個!),這個數目就微不足道了。它表明通訊文明是 非常稀少、分散的,難以有相互接觸的機會。

沒有任何理由認為一個通訊文明能夠永世長存。宇宙中有許多外界因素能毀滅生命世界。比如,宇宙中最有威力的現象伽瑪射線大爆發,就能使方 圓幾百光年內的生命滅絕,而我們每年能夠觀察到幾百次這樣的爆發。文明 的高度發展也許有可能預測、防禦這樣的災難,但是另一方面,卻也能導致自我毀滅。我們人類也只是近五十年來才進了通訊文明階段,但是同時也 擁有了完全毀滅自己的能力:且不說我們對自然生態的破壞和對環境的污染, 光是現存的核武器儲備,就足以毀滅整個地球幾百次。如果我們要在宇宙中發現鄰居,如果我們要讓鄰居們發現,關鍵是自己要生存下去,並儘可能地延長壽命。


鏈接:宇宙中有哪些細思極恐的事兒? - 王若楓的回答

作者:王若楓

仔細想想,宇宙其實是一個空蕩蕩的地方。假如有一間空屋子,你往屋子裡揚了一把土,5分鐘之後,進屋用手電筒照照,光柱里確實有些微塵還沒有沉降,但你覺得這是一間充滿塵土的房間嗎?不。你還會覺得這是一間空屋子。那些尚未沉降的微塵沒有任何意義。宇宙里的星星的密度,比這間屋子裡微塵的密度低得多。


人類在地球上觀察宇宙,人類在太陽系的地球上觀察宇宙,人類在銀河系的地球上觀察宇宙!

真是個:塵埃里觀天地,千萬年彈指去。
以下配圖來自網路,侵刪。


不是宇宙空曠 而是我們瞎


你可以放心地開著飛船在宇宙中一直以光速飛行,不用擔心撞到什麼東西。


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