宇宙到底有多重?解密怎么称呼宇宙重量大小的终极问题

问这个问题的时候,我总感觉自己像个傻乎乎的小孩,仰着头,指着天上的月亮问我爸:“它会不会掉下来砸到我?” 这问题本身就带着一种天真的、不讲道理的执着。 怎么称呼宇宙重量大小 ?这听起来就像在问“蓝色尝起来是什么味道”或者“梦想有多长”。

我们先得掰扯清楚一个被我们日常用语给搅浑了的概念: 重量 质量

你站在体重秤上,看到的数字,那是你的 重量 。那是地球这个巨大的“老铁”用它引力场死死拽着你的力。你跑到月球上,同样的你,身体里一克肉都没少,但秤上的数字立马跳水,只剩下地球上的六分之一。为什么?因为月球这个“小兄弟”拽你的劲儿小了。所以说白了, 重量 ,这玩意儿,其实是个“关系户”,它取决于你和另一个大块头天体之间的“引力关系”。

宇宙到底有多重?解密怎么称呼宇宙重量大小的终极问题

那么,宇宙…它站在哪儿称呢?

没地儿。它自己就是所有“地儿”的总和。它外面,按我们目前的理解,啥也没有,没有另一个更大的宇宙用引力场来拽着它。所以,用“重”这个字来形容整个宇宙,从物理学上讲,路子一开始就走歪了。它没有一个可以被“称量”的 重量

所以,我们真正想问的,那个藏在别扭问题背后的核心好奇,其实是:宇宙的 质量 有多大?

质量 ,这才是宇宙的“户口本”,是它实实在在的“内涵”,是构成它的一切物质和能量的总和。它不随你在哪儿而改变,无论是在地球、火星还是某个黑洞的事件视界边缘,一个电子的 质量 就是那个数,雷打不动。

好,问题升级了:宇宙的 质量 是多少?

这就更刺激了。我们甚至都不知道宇宙到底有多大。我们能看到的,那个被称为“可观测宇宙”的球状空间,半径大概465亿光年。但这只是我们能“看”到的边界,是宇宙诞生以来光线能跑到我们这儿的最远距离。墙外面是什么?可能还是宇宙,无边无际,我们永远也看不到头。所以,给整个宇宙算 质量 ,基本是个不可能完成的任务。

那我们就退一步,算算我们这“一亩三分地”——可观测宇宙的 质量 吧。

这就像你要估算一个你根本进不去的巨大仓库里有多少东西。科学家们用的法子也挺绝的,他们去看星系是怎么转的,去看星系团里的星系是怎么互相“拉扯”的,去看光线在经过巨大天体时是怎么被引力扭曲的(就是爱因斯坦说的引力透镜效应)。通过这些间接的观察,他们反推出那里大概有多少“料”。

结果出来,所有人都傻眼了。

我们辛辛苦苦数了几百年的星星、星系、星云,所有这些亮闪闪的、我们能看见摸着的“普通物质”,包括你我、地球、太阳,在宇宙这份巨大的“配料表”里,只占了不到5%。

不到5%!

那剩下的95%是什么鬼东西?

其中大概26.8%是一种叫 暗物质 的玩意儿。它就像个宇宙幽灵,它有 质量 ,能产生引力,所以我们能感觉到它的存在——星系外围的恒星转那么快还不被甩出去,就是 暗物质 在后面拿绳子拽着。但它不发光,不反射光,不跟任何我们熟悉的东西发生反应。它就在那儿,庞大、沉默,像个幕后黑手,塑造了我们今天看到的宇宙结构。我们不知道它是什么,只能给它起个名字,叫“暗物质”。

更狠的还在后头。剩下的,占了将近68.3%的,是 暗能量

如果说 暗物质 是把宇宙“往里拉”的神秘力量,那 暗能量 就是把宇宙“往外推”的终极引擎。它是一种弥漫在整个空间里的、具有排斥力的能量。我们今天观测到宇宙在加速膨胀,越来越快,背后的“油门”就是 暗能量 。它是什么?我们更不知道了。它像一种背景音乐,贯穿整个宇宙时空,但你找不到音响在哪儿。

所以,当我们问宇宙的 质量 有多大时,我们实际上是在问:那一丁点儿我们熟悉的物质,加上那一大坨神秘的 暗物质 ,再加上那股更加神秘的、推动一切远离的 暗能量 (通过质能方程E=mc²,能量可以等效为 质量 ),这三样东西加起来的总和是多少?

科学家们估算,我们可观测宇宙的总 质量 大约是10^53公斤。

10的53次方公斤。

写出来就是1后面跟53个0。这个数字已经超越了任何日常经验可以理解的范畴。地球 质量 大概是6乘以10^24公斤,太阳大概是2乘以10^30公斤。你把这些数字跟宇宙的总 质量 比一比,就像拿一颗尘埃去跟整个撒哈拉沙漠比。毫无意义,真的。

但故事到这里还没完。物理学家们更关心一个比总 质量 更“性感”的数字:宇宙的 临界密度

想象一下,你往天上扔一个球。如果扔的力气小了,它会掉下来(引力战胜动能)。如果力气够大,超过了某个速度(第二宇宙速度),它就飞走了,再也不回来了(动能战胜引力)。

宇宙也面临着同样的命运抉择。它在 暗能量 的推动下膨胀,同时又在所有物质(包括 暗物质 )的引力下被向内拉扯。这两股力量的对决结果,就取决于宇宙的平均密度。

存在一个“ 临界密度 ”,大概是每立方米5.9乘以10^-27公斤,也就是每立方米只有大约5.9个氢原子的 质量

如果宇宙的实际密度大于这个值,那引力最终会占上风,宇宙的膨胀会减速、停止,然后开始收缩,最终所有东西都挤在一起,形成一个“大挤压”,回到奇点。

如果宇宙的实际密度小于这个值,那 暗能量 的排斥力会笑到最后,宇宙会永远加速膨胀下去,直到所有星系都退行到我们看不见的地方,宇宙变得冰冷、黑暗、死寂,也就是“大撕裂”或“热寂”。

如果宇宙的实际密度恰好等于 临界密度 呢?那宇宙就会以一个越来越慢的速度永远膨胀下去,就像那个速度刚刚好达到逃逸速度的球,最终趋于一个平衡。一个“平坦”的宇宙。

目前所有的观测证据都指向了最后一种可能:我们的宇宙,极其、极其、极其巧合地,是平坦的。它的密度就约等于那个 临界密度

所以,你看,从一个“宇宙有多重”的傻问题出发,我们一脚踩进了宇宙学最深的核心:我们是谁,我们从哪里来,我们将到哪里去。

我们不再纠结于那个无法称量的“ 重量 ”,也不再被那个大到虚无的 质量 数字所麻痹。我们开始讨论宇宙的“成分”,它的“密度”,它的“形状”,以及它那悬而未决的“命运”。

怎么称呼宇宙的重量大小?

或许最好的称呼,就是不要去称呼它。去感受它。

感受当你深夜抬头,看到那片深邃得几乎要把你吸进去的星空时,那种混杂着渺小、恐惧、好奇和敬畏的复杂情感。那份感觉的“分量”,可能比10的53次方公斤这个数字,更能代表宇宙在我们心中的…… 重量

它重得像一个永恒的谜题,压在每一个思考者的心头。这,可能才是这个问题的终极答案。

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注