人类有多渺小?科学家拍摄的2张黑洞照片,看完为何会让人害怕?

2022-05-16 18:02:03 上海 钟铭聊科学
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宇宙究竟有多大?人类到底有多渺小?

随着科学的发展,尤其是各种天文观测,让人类对于这个问题有了些许眉目。

北京时间2019年4月10日,“事件视界望远镜” 合作组织正式发布了人类有史以来获得的第一张黑洞照片,看起来像蜂窝煤一样。

这个黑洞质量达到了太阳质量的65亿倍,距离我们5500万光年,位于室女A星系(M87)。

3年后,北京时间2022年5月12日,“事件视界望远镜” 合作组织又发布了一张黑洞照片,这是银河系中心黑洞的首张照片。

这个黑洞质量达到了太阳质量的400万倍,距离我们2.6万光年。

无论是室女A星系(M87)中心黑洞,还是银河系中心黑洞,它们的质量和距离对于我们来说,都是天文数字,而且根本无法感知得到。

不信?我们来做个简单的计算。

太阳质量是地球质量的33万倍,地球的质量为5.965×10^24千克,如果一个人的体重按照70千克来算,那么地球的质量就相当于8.52*10^22个人的质量之和,差不多就是852万亿亿人的质量总和,而太阳的质量就相当于2.8亿亿亿人的质量之和。于是,我们很容易就得到一个结果:

  • 室女A星系(M87)中心黑洞的质量就相当于182亿亿亿亿(1.82*10^34)人的质量之和。
  • 银河系中心黑洞的质量就相当于1120万亿亿亿(1.12*10^31)人的质量之和。

这两个黑洞的质量的数量级让人汗颜,它们之间也相差了3个数量级

不仅如此,两者离我们的距离也是天文数字。要知道,1光年=9460730472580800米(9.4607×10^12千米),我们日常生活中,汽车在高速路上的最高限速是120千米/时,走完一光年所需的时间就是:7.88*10^10小时,用“天”来表述就是:3.28*10^9天,用“年”来表述就是:9*10^6年

于是,我们又能得到一个这样的结果:

  • 开车到室女A星系(M87)中心黑洞,保持120千米/时的速度不变,需要495万亿年(4.95*10^14)的时间。
  • 开车到银河系中心黑洞,保持120千米/时的速度不变,需要2340亿年(2.34*10^11)的时间。

这两个黑洞距离我们的尺度同样也相差了3个数量级,和质量相差的数量级是一样的。这难道是巧合吗?

其实并不是!因为这两个黑洞其实隶属于不同级别的宇宙层次结构。而这个“宇宙层次结构”可以帮助我们理解“宇宙究竟有多大?”这个问题的。

地球所在的恒星系叫做:太阳系,无论是地球还是太阳系,都属于不同的层级结构,太阳系是比地球更高的层级结构。

不过,我们对于太阳系的大小其实是有偏见的,它远比任何人想象的都要大。现在距离地球最远的人造探测器是:旅行者一号,于1977年9月5日发射升空,它的计划是在探测土星和木星之后,朝着银河系中心的方向驶去。

1990年2月14日,它在完成了主要的探测任务后,朝着太阳系内侧的各个行星拍照,最后通过计算机合成了一张太阳系的全家福照片。

在这张照片当中,有一个“点”只有0.12像素大小,它就是咱们的地球家园,这照片也被称为:暗淡蓝点。这张照片是在距离地球64亿公里的位置拍摄的,地球的大小就几乎快看不到了。

拍摄之后,旅行者一号又继续向着离开太阳系的方向飞行,直到现在已经距离我们230多亿公里,但远远不到太阳系还为时过早。

科学家估算,旅行者一号至少还要飞几万年的时间,才有可能离开太阳系。所以,从某种程度上说,人类完全是被困在了太阳系当中,离开太阳系的可能性实在不高。“暗淡蓝点”这张照片让我们明白一个道理:地球相对于太阳系而言,小到可以忽略不计

那太阳系就足够大了吗?

答案显然也不是!太阳系在银河系当中,银河系有1500-4000亿颗像太阳这样的恒星,太阳系相对于银河系而言,也是可以忽略不计的存在。而这次发布的黑洞照片实际上就是银河系中心的黑洞,相当于是星系这个层级的黑洞。

那银河系就足够大了吗?

其实也不是!比银河系更大的层次结构叫做:星系群(团),我们所在的叫做:本星系群,其中有几十个星系。

那么本星系群就足够大了吗?

当然不是!比本星系群更大的层次结构叫做:超星系团(群),我们所在的叫做:室女座超星系团,其中大概有100个和本星系群同等级别的星系群(团),与银河系同等级别的星系大概有4.7万个。

而2019年发布的人类第一张黑洞照片其实就是室女座超星系团中心的室女座室女A星系的中心黑洞,也就是说,从宇宙层次结构的角度来看,室女A星系(M87)中心黑洞是比银河系中心黑洞高出2个级别。

那么问题来了,室女座超星系团就足够大了吗?

室女座超星系团位于一个更大的超星系团当中,它就叫做:拉尼亚凯亚超星系团,包含了10万个像银河系银河系这种级别的星系。

不仅如此,我们还可以一直往上追溯。那么有没有尽头呢?

首先,有一个理论上的尽头:可观测宇宙。那么问题来了,什么是可观测宇宙呢?

话说20世纪初,物理学界诞生了现代物理学的2大支柱:相对论量子力学。根据相对论进行推导,我们可以得到物质、信息、能量的极限速度是光速。而根据相对论和量子力学的结合,以及天文学的观测,核物理学家们又得到了一个关于宇宙起源的主流理论:宇宙诞生于138亿年前的一次大爆炸,在此之后,宇宙空间就开始快速膨胀起来。

这意味着宇宙有138亿年的历史,而光速又是恒定的。因此,我们能看到的范围是有限的,叠加上空间膨胀的效应,这个范围就是一个以地球为圆心,以930亿光年为直径的球状空间,这也被称为:可观测宇宙。

在这个空间范围之外的光(引力波)还未抵达地球,我们也看(观测)不到。

可观测宇宙不是全宇宙,而只是宇宙的一小部分。而根据现在的研究结果来看,宇宙很可能是无限大的。而人类呢?相对于宇宙,可有可无的存在!

这种“可有可无”的存在不仅体现在空间上,还体现在时间维度物质维度上

我们先来看时间维度,宇宙拥有138亿年的历史,而人类呢?

第一个人属物种出现在200万年前,而第一个人类文明诞生于公元前3500年,距今5500年。如果我们把宇宙的138亿年浓缩成1一年,那么要到这一年的最后一天的最后八秒(23:59:52),人类文明才正式诞生。

物质层面,科学家发现,人类观测到的物质大概只占宇宙总量的不到5%,剩余的95%的物质是暗物质和暗能量,人类现在的科技手段根本无法直接观测到它们的存在。

所以,无论是从空间维度,还是时间维度,甚至是物质维度,人类在宇宙中都是可以忽略不计的存在,“宇宙的博大”与“人类的渺小”都是超越人类想象极限的。

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