问题

把宇宙缩放到地球那样大,地球又有多大呢?

回答
你这个问题非常有意思,一下子就把我们带入了科幻的想象空间。如果把浩瀚无垠的宇宙浓缩到地球这么大的一个尺度,那地球本身,它在我们概念中的“大”,就显得有些微不足道了。

咱们先来梳理一下这个“缩放比例”。

宇宙我们通常说的“大”,是指它的空间范围。目前,我们可观测宇宙的直径大约是930亿光年。你可以想象一下,光需要930亿年的时间才能从宇宙的一端走到另一端。这是一个何其巨大的尺度!光速是每秒约30万公里,所以930亿光年,这个数字的单位已经不是我们日常能理解的公里数了,它代表着一种难以想象的时空跨度。

现在,我们把这个930亿光年的直径,给压缩成地球直径那么大。地球的直径大约是12742公里。

所以,这个缩放的比例就是:
930亿光年 / 12742公里

为了方便计算和理解,我们得统一单位。一光年大概是9.461万亿公里。

那么,宇宙的直径大概就是:
930亿光年 9.461万亿公里/光年 ≈ 8.8万亿亿公里

缩放后的宇宙直径是地球直径(12742公里)。

所以,缩放的比例因子大概是:
(8.8万亿亿公里)/(12742公里) ≈ 7 x 10^16

也就是说,宇宙被压缩了大约7千万万亿倍!这是一个多么惊人的数字。宇宙的每一个维度,从长度到面积再到体积,都被以这种惊人的倍数缩小了。

那么,在这样一种极端的缩放下,我们曾经熟悉得不能再熟悉的地球,它会变成什么样子呢?

首先,我们要明白,我们不是把“一个地球”放在宇宙里,而是把“整个宇宙”的尺度,压缩到了我们“当前地球”的那个物理体积里。 这个关键点很重要。

如果宇宙变成了地球这么大,那么原先在宇宙中占据一席之地的地球,它自身的尺寸,也必须按照同样的比例缩小。

我们上面计算的缩放因子是大约7 x 10^16。这意味着,原来宇宙中的任何一个长度单位,现在都会被缩小到原来的 1 / (7 x 10^16) 。

所以,原来的地球直径12742公里,在新的宇宙尺度下,它的直径会变成:
12742公里 / (7 x 10^16)

计算一下:
12742公里 ≈ 1.27 x 10^7 米

1 / (7 x 10^16) ≈ 1.4 x 10^17

所以,新的地球直径大约是:
(1.27 x 10^7 米) (1.4 x 10^17) ≈ 1.8 x 10^10 米

我们再把这个数字换算成更直观的单位。1纳米是10^9米。
所以,1.8 x 10^10 米 = 0.18 x 10^9 米 = 0.18 纳米。

0.18纳米是什么概念?

你可能知道,原子的大小通常在0.1纳米到0.5纳米之间。比如氢原子的直径大约是0.1纳米。

这意味着,在这个被压缩到地球大小的宇宙里,曾经我们赖以生存的地球,它的直径将比一个原子还要小一些,或者说,它的尺寸大致与一个原子相当。

想象一下,如果宇宙变成了一个弹珠那么大,那原子可能就变得比你看到的最小的尘埃还要小得多,小到几乎不可见。而现在,宇宙变成了一个地球那么大,而地球本身,却缩小到了原子级别。

所以,在这个新的尺度下:

地球的物质构成: 原本由数不清的原子组成的地球,现在连一个完整的原子都很难说是否能保持其原有的结构和形态了。构成我们身体、我们所处的一切的原子,它们自身的尺寸在这个缩放比例下也同样被压缩了。一个原子内部的质子、中子的尺度,电子围绕的轨道,一切都变得无比微小。可能一个“地球”单位里,连一个完整的原子都装不进去,它可能更像是一个由原子“残骸”或者更基础的粒子构成的、极其微小的点。
太阳系: 原本围绕着太阳转的行星,包括地球,它们在宇宙尺度下的相对位置和距离,也被压缩了。如果宇宙缩放到了地球的直径,那么太阳系作为一个整体,它的直径(从冥王星轨道外缘算起,大概是光年级别的尺度)也同样被缩小了。在如此极端的压缩下,整个太阳系,包括那巨大的、发光的太阳,和它周围的行星们,它们在那个“地球大小的宇宙”里,可能也只是一些比原子大不了多少的微小颗粒,甚至可能还不如一个原子的大小。
星系和恒星: 银河系,我们所在的这个拥有数千亿颗恒星的巨大结构,它的直径也大约有10万光年。在缩放到地球大小的宇宙中,银河系本身也已经缩成了比地球还要小得多的尺度。而银河系中的太阳,以及其他亿万颗恒星,它们在各自的星系中原本占据的尺度,现在也都被压缩到了原子级别甚至更小。

所以,当宇宙被缩放到地球那么大时,地球本身,那个曾经对我们而言广阔无垠的家园,它就从一个我们能够感知的、有形有体的星球,变成了比构成我们自身的最基本单位——原子——还要微小得多的一个存在。它不再是那个我们在地图上能看到轮廓、我们能踏足其上的“大地”,而是一个在微观粒子尺度上,几乎可以忽略不计的点。

这就像你拿来一个地球仪,然后把这个地球仪的面积极大地压缩,直到它只能塞进一个针眼。而当这个针眼,在你的手里又变成一个比指甲盖还小的比喻时,那原来那个地球仪上的大陆、海洋、山脉,它们就变得看不见了,甚至连构成它们的最基本物质单元,都已经被压缩到了我们根本无法用肉眼或现有技术去探测的尺度。

这种尺度的变化,彻底颠覆了我们对“大小”和“存在”的认知。一切都变得抽象而遥远,仿佛所有我们熟悉的东西,都被打回了它们最原始、最微小的本源状态。

网友意见

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放一下我知乎主页的头图:

整个可观测宇宙的直径大约是930亿光年,即10^27米,是地球直径的10^20倍。如果把地球缩小10^20倍的话,那就是10^-13米,这小于原子的尺度,比原子核的尺度稍大一些。

至于整个宇宙,包括可观测的和不可观测的部分,那就不知道有多大了,在理论上无限大也是有可能的(负曲率空间的情况)。

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