酋知鱼 虽然人类是小小银河系中一个角落里的一枚小星星所属的岩石上一的物种，但这并不妨碍我们仰望星空、思考宇宙。当很多令人震撼的资料向我们展示星星到底能大到什么程度，星系能远到什么程度时，我们不禁想要知道一个问题——宇宙中的物质总量到底是什么概念呢？ 如果用一个字来形容宇宙万物，那一定是“空”，无论是星系云尘，还是原子核内都是极空的，所以当我们用数字来计算宇宙物质时常常会感觉惊异。 现在天文学家与物理学家一致得出的宇宙总质量大约为 10^53kg 数量级，如果我们用常见的物质比一比，就能知道有多么夸张了，太阳的质量为 1.992×10^30kg，那么大约10^23 个太阳才可以包含全宇宙的物质。 如果将太阳系塞进小米 小米大家都见过，通常是直径为 2 毫米的近似圆形，一粒小米的体积为 3.35×10^（-8）立方米。按面心立方晶格排列的致密度 0.74 算，每粒小米占了 4.5×10^（-8）立方米。一个标准泳池的大小为 1890 立方米，可以装 4.2×10^10 个小米，现在我们将一座人口千万级的超大型城市全部挖成泳池，就可以一次性容纳 6.636×10^17 个小米。 小米的每个细胞的体积大约是 10^（-14）立方米，可得每粒小米中有约 8,000,000 个细胞。所以，将全中国全部 16 座千万以上人口级城市全部挖成游泳池，再填满小米，最后向每粒小米的每个细胞中塞一个太阳系，大概就和宇宙的总质量相当了。 真的是十分惊人的数据呀，可是如果从另一个角度来看的话，就显得十分微不足道了。 无需惊动银河系城管 首先我们对宇宙的大小要有一个认识，离地球最近的恒星是比邻星，4.42 光年，而太阳系到银河系中央黑洞的距离为 26,000 光年，银河系又是深空中 2,000,000,000,000（两万亿）个星系中普通的一员。每两个星系间的平均距离约 35 万光年。 那么假设我们将这 10^53kg 的物质全部转化为以地球为中心的水，并消除它们的引力属性（否则它们会坍缩成一个黑洞），那么这枚水球有多大呢？ 它的半径仅有 3~4 光年，连比邻星都无法覆盖……… 看来要想将宇宙所有的物质塞进来，根本不需要向银河系城管局提交申请，只要把太阳系大门打开，堆到邻居家墙边上就搞定了。 而宇宙的已知半径在 465 亿光年以上，与所有物质构成的水球直径比达到了 100 亿，这是什么概念？相当于一根极细中性笔的笔尖滚珠与整个地球的体积之比！ 所以宇宙是极空的，想象一下，将中性笔的滚珠粉碎成极小的细沫，然后散布到整个地球那么大的空心球中，是什么样的概念？关键是这小小的滚珠其 96%的构成比例还是几乎无法观测的暗物质…… 与之相映成趣的是，微观的世界同样十分空旷，你以为原子是下图这个样子的？真实比例中，如果将原子放大到鸟巢体育场的体积，那么原子核只有一粒砂那么大，而电子更是小到根本看不见。原子核占了整个原子 99.5%的质量，就像宇宙一样，极小体积的物质占据了极大比例的质量。所以我们可以知道，全宇宙等质量的水球依然十分空旷，水分子的体积是其原子核的几千亿分倍。 如果我们再狠一点，将水分子的原子核压在一起，能给太阳系大院节省多少空间？ 结果喜人，此球体的半径直接被压缩到了 2~3 亿公里，这大约是太阳到火星轨道的距离，看来这样连房门都不用开就能塞入全宇宙了。 那么如果我们直逼理论极限，将宇宙中的所有物质都积压到最小临界质量的小球（且假设每两个小球不会相互影响的情况下），大概需要占用多少体积呢？ 这样一个在理论上存在的小球是拥有普朗克质量、以普朗克长度为直径的球体。比普朗克长度更小的长度失去了物理上的意义，而在此直径下比普朗克质量更大的物质就会坍缩成黑洞。 普朗克长度为 10^-34 米，普朗克质量为 2.18*10^-8kg，这样你会得到一下非常优美的数据：这些普朗克小球排挤在一起，只能布满一个半径 10^-14 米的球体，全宇宙的体积与一枚重元素的原子核相当。 相信你看到这里会觉得……似乎从一个点炸出整个宇宙的大爆炸似乎也没那么荒诞了，宇宙竟是如此的巨大，又是如此的空旷，超出了常人的想象力极限。 阅读原文
