问题

如果地球是一粒沙子大小,那已知道的宇宙有地球那么大吗?

回答
这是一个很有趣的设想,把我们赖以生存的家园压缩到几乎微不可察的尘埃大小,再来对比浩瀚的宇宙,这确实能让人对宇宙的尺度产生更直观的感受。

首先,我们要明确一点:我们谈论的“已知宇宙”是一个非常庞大的概念。科学家们通过各种观测手段,比如望远镜,收集来自遥远天体的光线,从而推断出宇宙的范围。这个范围并不是一个静止不变的边界,而是我们目前能够观测到的最远区域。

那么,如果地球缩小到沙子那么大,已知宇宙有多大呢?

让我们来做个类比。一粒沙子的尺寸,我们通常说它大概在零点几毫米到几毫米之间。为了方便计算和想象,我们就假设它大约是1毫米大小。

我们知道,地球的直径大约是12742公里。现在,我们需要计算一下,如果我们把地球的直径(12742公里)缩小到1毫米,那么已知宇宙的直径(大约是930亿光年)会变成多大。

为了进行比例缩放,我们需要知道这个比例因子是多少。

首先,把地球的直径换算成毫米:
1公里 = 1000米
1米 = 1000毫米
所以,1公里 = 1,000,000毫米(一百万毫米)

地球直径 = 12742公里 = 12742 1,000,000 毫米 = 12,742,000,000 毫米

所以,我们设定的比例是:将地球的实际大小缩小到大约 127.42 亿分之一(因为 127.42 亿毫米就是 12742 公里)。

现在,我们用这个比例去缩放已知宇宙的直径。

已知宇宙的直径大约是930亿光年。
1光年大约是9.461万亿公里。

所以,已知宇宙的直径大约是:
930亿光年 9.461万亿公里/光年 ≈ 8.8万亿亿公里

我们再把这个数字换算成毫米:
8.8万亿亿公里 = 8.8 10^21 公里
= 8.8 10^21 1,000,000 毫米
= 8.8 10^27 毫米

现在,我们应用上面计算出的缩小比例(将地球直径12742公里缩小到1毫米)。这个比例因子是 12742公里 / 1毫米,也就是 12,742,000,000。

如果我们把已知宇宙的实际尺寸(8.8 10^27 毫米)除以这个缩小比例(12,742,000,000),就能得到缩小后的已知宇宙大小:

缩小后的已知宇宙直径 ≈ (8.8 10^27 毫米) / (1.2742 10^10)
≈ 6.9 10^17 毫米

这个数字可能还是不太容易理解。让我们换算成其他单位:

换算成米:
6.9 10^17 毫米 / 1000 毫米/米 = 6.9 10^14 米

换算成公里:
6.9 10^14 米 / 1000 米/公里 = 6.9 10^11 公里
也就是 6900 亿公里。

我们再把这个数字跟我们设定的沙子大小(1毫米)进行对比。

如果地球是一粒1毫米大小的沙子,那么已知宇宙的直径就大约是6900亿公里。

这个数字,6900亿公里,是什么概念呢?

对比一下太阳系:
太阳系的边界一般认为是在冥王星轨道之外,如果算上奥尔特云的话,范围就更大了。但即便只看我们熟悉的行星轨道,比如最远的内行星海王星,其轨道半径大约是45亿公里。而整个太阳系的范围,如果算到冥王星轨道之外,大概是几十亿到一百亿公里左右。

所以,6900亿公里远远超过了我们太阳系的范围。

更宏观的尺度:
我们知道,离太阳系最近的恒星是比邻星,距离大约是4.24光年。
4.24光年 ≈ 4.24 9.461万亿公里 ≈ 40万亿公里。
这个数字已经比太阳系的尺度大了很多。

而我们的计算结果是6900亿公里。这意味着,如果地球是沙子,那么已知宇宙的大小,大概能容纳下大约17个比邻星的距离(6900亿公里 / 40万亿公里 ≈ 0.017,这里计算有点问题,应该是反过来算:40万亿公里 / 6900亿公里 ≈ 58个)。

让我们重新检查一下换算。
地球直径:12742公里 ≈ 1.27 x 10^7 米
沙子大小:1毫米 = 1 x 10^3 米
比例因子: (1.27 x 10^7 米) / (1 x 10^3 米) = 1.27 x 10^10

已知宇宙直径:930亿光年
1光年 ≈ 9.46 x 10^15 米
已知宇宙直径 ≈ 930 x 10^9 光年 9.46 x 10^15 米/光年
≈ 8.8 x 10^24 米

缩小后的已知宇宙直径 ≈ (8.8 x 10^24 米) / (1.27 x 10^10)
≈ 6.9 x 10^14 米

换算成公里:6.9 x 10^14 米 / 1000 米/公里 = 6.9 x 10^11 公里 = 6900 亿公里。

嗯,上面的计算是正确的。

现在来对比:
比邻星距离:40万亿公里 = 4 x 10^13 公里。
6900亿公里 / 4 x 10^13 公里 ≈ 0.017。 这说明了,如果地球是沙子,那么已知宇宙的尺度大约是比邻星距离的几十分之一。这与之前的设想似乎有出入。

让我们重新思考这个比例。
如果我们把地球(直径约1.27万公里)变成一粒沙子(直径约1毫米),那么缩小的比例是:
1.27万公里 / 1毫米 = 12700公里 / 0.001公里 = 12,700,000 (1270万倍)。

所以,我们需要将已知宇宙的直径除以1270万倍。
已知宇宙直径 ≈ 930亿光年
930亿光年 ≈ 9.3 x 10^10 光年
1光年 ≈ 9.46 x 10^12 公里
已知宇宙直径 ≈ 9.3 x 10^10 9.46 x 10^12 公里 ≈ 8.8 x 10^23 公里

缩小后的已知宇宙直径 ≈ (8.8 x 10^23 公里) / (1.27 x 10^7)
≈ 6.9 x 10^16 公里

这个数字又变大了。我们来检查一下单位换算是否准确。
地球直径 ≈ 12742 km = 1.2742 x 10^4 km
沙子大小(假设)= 1 mm = 10^6 km
缩小比例 = (1.2742 x 10^4 km) / (10^6 km) = 1.2742 x 10^10

已知宇宙直径 ≈ 930 x 10^9 光年
1 光年 ≈ 9.461 x 10^12 km
已知宇宙直径 ≈ 930 x 10^9 x 9.461 x 10^12 km ≈ 8.80 x 10^24 km

缩小后的已知宇宙直径 ≈ (8.80 x 10^24 km) / (1.2742 x 10^10)
≈ 6.91 x 10^14 km

好,这个数字 6.91 x 10^14 km,让我们再来换算一下:
≈ 691 万亿公里

这个数字就非常大了。我们再来对比一下比邻星的距离:
比邻星距离 ≈ 40万亿公里 = 4 x 10^13 公里

那么,691 万亿公里 / 40 万亿公里 ≈ 17.275

这意味着,如果地球缩小到一粒沙子大小,那么已知宇宙的尺度大约能容纳下17个比邻星之间的距离。这个比例已经更符合我们的直觉了。

结论:

如果地球被压缩到只有一粒沙子(假设直径为1毫米)那么大,那么我们目前所知的宇宙,其直径(大约930亿光年,或约8.8 x 10^24 公里)将被缩小到大约 691 万亿公里(约 6.91 x 10^14 公里)。

这个尺度有多大呢?
它可以容纳下大约 17个 离太阳系最近的恒星(比邻星)之间的距离。
太阳系的直径通常被认为大约在几十亿到几百亿公里之间(如果算上奥尔特云)。691万亿公里,对比起来,这个缩小后的宇宙,比我们的太阳系要庞大得多,它就像是一片广阔的海洋,而我们那粒沙子般的地球,只是海洋中的一个微小亮点。

所以,回答你的问题:是的,如果地球是一粒沙子大小,那已知的宇宙,即便经过如此巨大的压缩,仍然比这粒沙子大得多得多。

这个练习能让我们深切地感受到宇宙的浩瀚以及我们在其中所处的渺小位置。我们所能观察到的宇宙,其尺度已经是人类想象力的极限之外,而这仅仅是我们目前“已知”的部分。宇宙的真正边界在哪里,或者它是否无限,这些仍然是科学家们持续探索的未解之谜。

网友意见

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沙子直径取0.5毫米,5e-4米,换算成千米是5e-7

地球直径取12756千米,换算成千米是1.2756e4

地球比沙粒:4-(-7)=11

可观测宇宙取28000百万秒差距,千米标准合3.086e13(秒差距-千米换算)乘以e6(mega)再乘2.8e5

可观测宇宙比地球:13+6+5-4=20

。。。这还差着e9呢……

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