宇宙中有哪些细思恐极的事？

关于宇宙的最终结局有很多假说，比如被不断增强的暗能量撕成亚原子碎片的大撕裂，熵增到最高陷入热寂的大冰冻，还有重新收缩到奇点的大反弹。哪一种假说会最后成为现实，现在还不得而知。然而，即使这些假说都没有最终实现，宇宙也将在漫长的岁月中，慢慢陷入无边的黑暗和死寂。

下文的主要内容来自Crash Course频道的视频《Deep Time》（https://youtu.be/jDF-N3A60DE）

天体物理学家弗莱德·亚当斯和格里高利·拉夫林在《宇宙的五个年代》(The Five Ages of The Universe)中，把宇宙的生命分为五个纪元。我们可以沿用这五个纪元的划分，来看看宇宙的最终结局。

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1. 原初纪元（Primordial Era)

原初纪元的范围是从宇宙大爆炸到4亿年后，第一颗恒星诞生。这个纪元已经过去了。

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2. 恒星纪元（Stelliferous Era）

恒星主宰宇宙，繁星布满夜空。生活在这个时代，无疑是我们的幸运。

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恒星纪元什么时候结束呢？或者说，最后一颗恒星什么时候会熄灭呢？质量越小的恒星，寿命越长，因为它们在核聚变中把氢转化为氦的速度越慢。最小的红矮星可以持续1万亿年。在宇宙幼年时形成的红矮星到现在只用了1%的氢。从人类的角度来看，它们还是婴儿。

现在，星系还在搅拌着星云，用星云气体创造新的恒星。但是，气体终有耗尽的一天。据估计，数十亿年后星云气体的供给将会后继乏力，新生的恒星越来越少，而已经诞生的恒星会用尽燃料，一个接着一个逐一熄灭。在这以后，诸如星系碰撞之类的事件会创造一些新恒星，延长恒星创生的年代。但是，和红矮星万亿年的寿命想比，延长500亿年甚至1000亿年都没有太大的区别。

当大量恒星熄灭的时候，星系将改变颜色。现在，多数星系都表现出耀眼的蓝白色，体积庞大的明亮恒星是星系内的主要光源。当这些恒星死去，质量较低的暗恒星成为主角，星系的颜色也会随之变暗变红。

星云气体耗尽后几十亿年，星系中只有长命的红矮星还在发光。这种情况将持续1万亿年，也许更长。可能质量最低的红矮星能持续10万亿年，但是在这里10倍并不是一个太重要的数字。在宇宙悠长的生命历程中，它们只是一些统计上的小小起伏。

3. 简并纪元

当最后一颗恒星熄灭，宇宙中释放能量的就只有恒星的遗骸：白矮星，中子星和黑洞。另外，还有一些棕矮星，它们的质量在恒星和行星之间。除了黑洞，白矮星和中子星都是由各种简并压力支撑，也就是说，在几万亿年以后，恒星纪元将会结束。简并纪元来临了。

宇宙将会变得十分黑暗，至少对人类的眼睛是如此，如果那时候还有人类的话。如果我们可以看到红外线，宇宙会明亮一些。这些天体还是比较温暖的，所以会有多多少少的红外辐射。中子星和白矮星诞生时非常热，然后慢慢冷却。冷却的速度和它们的大小有关，但是在几万亿年后，它们应该都会降到室温。所以，在简并纪元里，随着时间的流逝，宇宙慢慢变冷。

但是，这个纪元中也会有昙花一现的光明。在孤寂的宇宙中联袂起舞的白矮双星最终会走到一起。经过数万亿年，白矮双星的轨道将会由于引力波能量辐射而衰减（

），双星在合并的刹那爆发出夺目的光彩，成为超新星。同样，中子双星也会合并，爆发，形成伽马射线暴，它们的亮度将超过1000个星系。但是，这只是短暂的事件，宇宙很快回归黑暗。

有趣的是，棕矮星是更好地能量来源。棕矮双星会合并形成低质量的恒星，然后在几百亿年中为黑暗的宇宙带来一点光明。

但是，在时间面前，没有任何东西可以保持到永恒。不但对于宇宙和恒星是如此，对于微观世界中的质子也是如此。质子的半衰期是10^34年，也许更长。当质子开始衰变，物质将会分解，白矮星，中子星，棕矮星，行星，都会消融在空间中。不过，值得欣慰的是，这个过程有一个亮点。白矮星分解的时候会释放能量，功率可达400瓦（微波炉功率的一小半）。

注：白矮星此时应该已经完全冷却，成为黑矮星了

4. 黑洞纪元

在10^40年以后，最后一颗简并天体也消失了，宇宙中只剩下了黑洞这一种天体。

宇宙进入了黑洞纪元。

在我们的印象中，黑洞是吞噬一切的无底洞。然而，黑洞可以同过一种方式产生能量 ——蒸发。20世纪70年代，史蒂芬 霍金用量子力学研究黑洞，发现黑洞确实会向外辐射能量，从而损失质量。越大的黑洞损失质量越慢。一个3倍太阳质量的黑洞（通过超新星诞生的最小黑洞），完全蒸发需要10^68年。这是一个长得近乎荒谬的时间，但是宇宙可以等待。而星系中心的黑洞要完全蒸发，需要10^92年。1后面92个0，就是下面这个数字。

这个数字如此之大，我们甚至无法找到一个东西来进行类比，因为它甚至大于已知宇宙中的基本粒子的个数（10^85）。

当黑洞质量变小，它的蒸发速度就会加快。最后，黑洞会在一道闪光之后消失的无影无踪。这是黑洞纪元唯一的光。

5. 黑暗纪元

最后，一切的消失了。宇宙中只剩小了能量极低的亚原子粒子和光子。这是10^92到10^93年以后。这是，我们可以有把握地说，宇宙已经死了。

宇宙进入了黑暗纪元。如果时间还有意义的话，这个纪元将会延续到无穷。

6. 其他可能的结局

如果暗能量按照现在推测的那样持续增强，宇宙将走向另一个结局：大撕裂。在这个结局中，没有任何力量可以对抗空间膨胀，所有的物质都会瓦解，连原子都会被撕成碎片。大撕裂将会在黑暗纪元以前发生，但是这个结局并不比黑暗纪元更加光明。

最后，我们还有一个非常微小的希望可以得到一个光明的新宇宙。量子物理中有一个猜想，也许我们的真空并不是一个最低能量状态。就像你站在一个台阶上，而你下面还有一级台阶。

当宇宙在黑暗纪元中沉睡无数年以后，也许一小片空间因为不管什么原因，跌落到下一个能级——真正的真空。它会带动周围的空间纷纷跌落。这时，奇怪的事情发生了，在这些跌落的空间中，物理定律将被重写，时间和空间将被抹去。这个区域迅速扩展，留下的地方是一个新的宇宙。也许这也是我们的宇宙的来源。

这个猜想给了我们一个新宇宙的希望。这个希望虽然渺茫，但是有一丝希望，也好过在黑暗和寒冷中沉睡到无穷。

宇宙最细思恐极的是他的尺度和他的空旷。

很多人对光年完全没有概念，1000亿光年在很多人的大脑里和1000亿公里没有什么区别。实际上，1光年=9.4607×10^12 公里，约63240个天文单位，这个距离实在太大了，已经远超人脑的像，我们必须把他极速缩小到我们日常生活中的大小，这个问题才有思考的意义。

1.太阳系

我们现在不妨先把地球缩小到玻璃弹珠的大小，也就是0.6cm半径的一个球，地球的半径是6000km，正好缩小了10亿倍，在这个尺度下，月球的半径是0.17cm，也就一颗砂石大小，地月距离是0.3m，和你家客厅茶几的半径差不多大，想象一下，在你家的客厅的茶几中间，有个小小的蓝色玻璃弹珠，在茶几边缘是一个石子正在绕着这个蓝色弹珠做圆周运动，这就是我们的地月系。

在这个体系下，光速是如此的缓慢，仅为0.3m/s，约1km/h，和风烛残年的老太太缓缓踱步或者海龟前行的速度相当。但这已经是这个宇宙速度极限了。

太阳的直径是1.39m，像一个水上乐园常见的水上步行球。水星、金星、地球、火星分别距离这个大水球60m，108m，150m，200m，他们组成了太阳系的内轨道。想象一下，在天安门城楼上有一个直径1.39米的大火球，金水桥上有一颗直径仅为0.4cm的炙热小白子（水星），长安街上有一颗直径1.2cm的金色弹珠（金星），旗杆处还有一颗直径1.2cm的蓝色弹珠（地球），花坛处还有一颗0.6cm的红色石子（火星）。

再往外呢？人民英雄纪念碑处有大量数以百万记的PM2.5和小尘埃，他们是这个星系的小行星带。木星轨道距离太阳779米（5个天文单位），大约相当于毛主席纪念堂那摆了个直径13cm的篮球，有79颗大大小小的玻璃弹珠和小石子围绕这个篮球旋转，那是木星的卫星。土星和太阳的距离达到了1.4km（10个天文单位），几乎是木星的一倍，相当于在比大栅栏还略远的地方又一颗11.6cm直径的橄榄球，他拥有82颗卫星。

再往外就更加空旷了，天王星的轨道比土星又增加了一倍，达到了惊人的3km（20个天文单位），那是天坛公园附近一颗直径5cm的网球；海王星距离太阳4.5km（30个天文单位），那是一颗比二环路还略远的地方的一颗直径4cm的棒球。

如果把海王星的轨道比喻成二环路，那么太阳系的空旷程度已经令人乍舌了！四九城这么大的一片区域，竟然只有几个小球和一些弹珠。这个已经和我们想象中八大行星的分布已经有很大的不同了。事实上，让人没想到的是：八大行星之外的太阳系空间才叫空的惨绝人寰！

再往外走，7.3km在大约三环路附近我们遇见了冥王星，一颗直径0.2cm的小小石子。接下来是7.7km大红门附近的妊神星，0.09cm的沙子；7.9km北京大观园附近的鸟神星，0.18cm的石子；14km远在石景山区的霓神星，0.13cm的砂石；他们构成了太阳系中的矮行星。

再往外，星际空间逐渐稀疏，当然你仍然可以找到一些彗星的远日点，但其实大多数彗星的远日点在柯伊伯带和矮行星公转平面内，比如哈雷彗星的远日点仅仅在5.2km处（中华世纪坛，35.1个天文单位），那是一颗肉眼完全无法看见的细菌般大小的星星。在远达50km（350个天文单位）大约是整个北京直辖市的范围内，都是柯伊伯带和离散盘以及海王星外行星、彗星的活动范围。人类观测到的最远的彗星远日点是海尔波普彗星，其远日点在54.5公里之外（363个天文单位）。

再延伸开去，在距离天安门城楼50km至18000km（2光年，12万个天文单位 ！）的范围内，都是空寂的奥尔特云。

这个奥尔特云已经大的没谱了，要知道地球的半径也就才6000km，如果以天安门城楼为中心，把太阳系缩小十亿倍，地球变得像玻璃弹珠那么大，太阳系仍然充满了整个地球，而太阳系内的大部分星球竟然都聚集在天安门广场的狭小范围内！一个老太太以0.3m/s的速度，8分15s走到旗杆处，4小时10分钟就到了四九城老城根脚下，2天的时间就走到了位于河北廊坊的奥尔特云边缘，仍然需要两年的昼夜兼程才能走完这18000km的漫长距离，才能穿过奥尔特云，抵达太阳系的边缘。

2. 银河系

奥尔特云是如此稀疏，每立方千米仅仅平均只有三个原子，然而和更加荒凉的银河系第二悬臂比起来，其密度已经接近无穷大。

让我们继续缩小比例尺，从1:10亿再缩小10万倍，到1:100万亿，来考察一下银河系里究竟有什么。

在这个比例尺下，1天文单位=1.5mm，1光年=90m，假设太阳系仍然在天安门城楼的正中央，整个奥尔特云的半径仅仅为180m，大约是城楼到旗杆的距离。这个时候，太阳的直径为13.9微米，这已经是一个非常非常小的存在了，最小的尘埃都有10微米，而人的头发丝也有50微米。

地球的直径为120nm，比最小细菌还要小1个数量级，和病毒相当，我们在这小小的病毒上建立了文明并开始观测宇宙。这个时候，海王星的外轨道半径是4.5cm，整个太阳系的八大行星都在一个巴掌大小的轨道平面运行。

离我们最近的恒星是约400m的半人马座三星系统，在人民英雄纪念碑附近，其中一颗直径150nm的比邻星是离我们最近的恒星，他是一颗红矮星。他和我们远达25万个天文单位的距离在太阳系的尺度下已经大到没边，但在银河系的尺度下还真是天涯若比邻！

蛇夫座的巴纳德星位于500m开外的人民大会堂一侧；两颗棕矮星构成的luhman16，在600m之外的故宫午门；狮子座的沃夫359和大熊座的拉兰德21185位于700m外的新华门；然后是大名鼎鼎的天狼星双星，他是夜空中最亮的一颗星，他位于800m外的国家歌剧院上，人类的探测器旅行者一号将在十万年后到达这里（他现在刚刚抵达距离太阳22cm约150个天文单位的地方，正在龟速前行，需要3万年才能穿过奥尔特云）；最像太阳的波江座天苑四位于900m开外故宫太和殿；而小犬座的南河三在1000多米开外的故宫保和殿……

这些就是离太阳最近的星星们，在以天安门为中心，天安门广场+故宫（15光年）的范围内，仅仅存在32颗大大小小的恒星，每一颗都比最小的微尘、最细的发丝要细小的多。这里是荒凉的银河系第二悬臂，人类星际航行面临的最大问题是孤独而荒凉的星际空间。

牛郎星和织女星都不算太远，分别位于天蝎座1.4km（17光年）的前门和天琴座2.1km（25光年）的琉璃厂。

70年代收到的“Wow”信号据信来自于人馬座χ¹，这里是3.6km（40光年）外的先农坛，这似乎是人类距今为止发现的最像外星生物发出的电磁波。

有可能产生生命的最近的类地行星开普勒186f行星位于40km（496光年）开外位于首都国际机场的天鹅座开普勒186恒星，他拥有和地球一样的大气、水，位于宜居带内，如果人类要进行星际移民，这里必将是最佳的选择。

天鹅座的开普勒22b是一颗被海洋包裹的蓝色行星，大小为地球的2.4倍，2009年首次被发现，位于50km（638光年）外的八达岭长城。

另外一颗和地球相似的开普勒452b位于120km（1500光年）开外的天津附近，人类最快的飞船新视野号将在2500万年后到达这里（现在在距离城楼7.5cm，50个天文单位处）。

超级地球开普勒69c则位于240（2800光年）公里外的河北秦皇岛，据信这是最接近地球生态的类地行星，他的轨道距离是1.04个天文单位，而也正好是主序星的第三颗行星。

没了，再没有了，小熊座的北极星位于70公里（840光年）以外的密云水库附近，第二悬臂这里太荒凉了，我们不妨往银河系中心去看看。

马头星云是壮丽超新星爆炸的残骸，位于猎户座，是非常巨大的猎户座分子云团的一部分，位于135km（1500光年）外的河北保定，其本身的尘埃就蔓延了20光年之远，相当于泰山那么高的一团星际尘埃。星际尘埃在远距离的观测下似乎浓得化不开，但实际上也是稀薄如奥尔特云一样的存在。

人类发现的第一颗脉冲星PSR B1919+21（“小绿人1号”），是狐狸座的一颗不起眼的星星，视星等为6。但其自转周期仅为1.33s，用射电望远镜观看非常明亮。位于距离地球190km（2200光年）的河北衡水，他就像一颗不知疲倦的灯塔，以超高速度飞速旋转，向外发射脉冲信号。（或许真是智慧文明创造出来的宇宙灯塔？）

银河系最大的恒星是盾牌座UY星，位于450km（5000光年）外的山东潍坊，直径是太阳的1800倍，达到了2.5cm，比乒乓球还要大一些，光绕行一周需要8个小时。

“万马奔腾”是同样位于人马座的巨大星际云。是360公里（4100光年）外的山东聊城的礁湖星云的一部分。视星等为6，视尺度90*40弧分。无数恒星在这里坍塌、死亡、重生。其中包含由O型星引起的龙卷风结构、由B型超新星爆炸引起的沙漏型结构，蔚为大观。

创生之柱是600公里（7000光年）外位于江苏徐州的鹰星云，在巨蛇座的尾部。他是在大質量的O型和B型恆星所創建，還在逐漸擴大的H II區邊緣發現的。這些恆星通過強烈的紫外線輻射，推擠在附近太空中的星際物質而形成。象鼻管看起來像是大柱子或成列的氣體和塵埃。本身就是横亘在我们和银心之中的珠穆朗玛，是银河系非常壮观的屋脊般的存在。因为这团尘埃的影响，人类在可见光波段无法观测到银心的全貌，不得不发射红外光探测器詹姆斯伟伯来观测银河系的中心。

人类历史上观测到最明亮的超新星是距离640km（7300光年）位于河南商丘的豺狼座SN1006。在半人马座东1度的地方，1006年4月30日与5月1日之间，他的视星等达到了惊人的-7.5，在夜空中明如皓月一般。埃及、欧洲、宋朝都有大量关于此次超新星爆发的记载。

《宋史·卷五十六 志第九·景星》：“景德三年四月戊寅，周伯星见，出氐南骑官西一度，状如半月，有芒角，煌煌然可以鉴物，历库楼东，八月，随天轮入浊，十一月，复见在氐。自是常以十一月辰见东方，八月西南入浊。”

远在美国的印第安人在霍霍卡岩画上亦记录了这颗超新星的爆发。

而四百年前观测到的蛇夫座超新星1604则位于1800km（20000光年）的广州。他是人类观测史上持续时间最长的超新星爆发。

《明史》天文志记载：“（万历）三十二年九月乙丑，尾分有星如弹丸，色赤黄，见西南方，至十月而隐。十二月辛酉，转出东南方，仍尾分。明年二月渐暗，八月丁卯始灭。”

这是人类历史上第一次详细记录超新星的爆发全过程，其爆发持续两年（1604年-1606年，坊间传闻该超新星爆炸和地球小冰期以及明朝灭亡有关），高峰时曾成为全天最亮的恒星，也比金星外的其他行星亮，视星等为−2.5。试想一下，一个在天安门城楼上比晶体纳米还要微小的星球上的生命观测到了广州一颗白织灯灯丝的爆炸，并持续两年，这不得不说是一件非常神奇的事。

“太空烟花”是同样1800km（20000光年）云南红河方向船底座NGC3603，一团主序星被一团团生在生长成恒星的星际气体和灰尘包围环绕。这里拥有大量250万年内的新生恒星，堪称“银河育婴房”。

越靠近银心越瑰丽不是吗？位于人马座的牡丹星云恒星WR 102ka距离地球2340km(26,000光年)的海南三亚，其初始质量为150-200个太阳质量。如此大质量的恒星在宇宙中非常罕见，而且至今对天文物理学家来说都是一个难解之谜，因为这个质量已经超过了爱丁顿极限所推算的单一恒星质量的最大值。超越这个极限的恒星非常不稳定，会通过连续不断的恒星风，流失了大量的物质，试图维持恒星重力和辐射压力之间平衡。从理论上说，这种恒星无法保持自身的完整性，必须分裂成两颗或者更多恒星。可惜的是，由于位于徐州的创生之柱的遮挡，我们无法用肉眼观测到牡丹星云，只能通过红外波望远镜进行观测。

银河系的中心位于牡丹星云更远的南中国海，於人馬座、蛇夫座與天蠍座之间，距离地球2900km（36000光年），这里是“银河帝国”的首都。百亿颗恒星在5000光年半径的平面内运行，最中央是一颗施瓦西半径为440微米（0.3个天文单位）的超大黑洞，其质量为430万个太阳质量，他的吸积盘更是波澜壮阔，因为星际尘埃的遮挡，我们很难想象银心可见光波段的瑰丽雄奇。

银河系中心无疑是瑰丽雄奇的，从银河系反方向寻找，我们将在6000km（70000光年）处到达银河系的边缘，在这个比例尺下，银河系恰好又是地球大小的一个存在。上万亿颗肉眼不可见的尘埃飘浮其中，银河系有他自己的传说，可以想见，无数智慧生命以各种各样的形态：人般的、巨兽般的、昆虫般的、异型般的、细菌般的、蜥蜴般的、飞鸟般的、游鱼般的、水母般的、尘埃般的、植物般的；粘液的、干扁的、湿润的、晶体的、网状的、线状的、块状的、羽状的、鳞状的、树状的、星状的、软体的、机械的、油腻的、清爽的；独立的、索居的、社群的、联合的、共生的、共享的、寄生的、合作的、竞争的、对抗的、战争的；地表的、地下的、水中的、空中的、气体中的、冰下海洋中的、森林中的、冰原上的、岩浆中的、云朵中的、地核中的、流沙中的、硫黄中的、飞船中的、恒星上的、星云中的；固态的、液态的、气态的、流体态的、金属态的、纯能态的；碳基的，硅基的，硼基的.....都在这个巨大的世界中创造着自己的绚烂文明、书写着自己的英雄史诗。而当我们回到比例尺设定的那个位于城楼上巴掌的小点...

再来看一眼这个小点。就在这里。这就是家。这就是我们。在这个小点上，每一个你爱的人，每一个你认识的人，每一个你听说过的人，每一个人，无论他是谁，都曾经生活过。我们所有的快乐和挣扎，数以千万自傲的宗教信仰、思想体系观念意识，以及经济学原理教义，每一个猎人或征服者，每一位勇士或是懦夫，每一个文明的缔造者或摧毁者，每一位君王或农夫，每一对陷入爱河的年轻伴侣，每一位为人父母者，所有充满希望的小孩，发明家或探险者，每一位灵魂导师，每一个腐败的政客，每一个所谓的‘超级巨星’，每一个所谓的‘最伟大领袖’，每一位我们人类史上的圣人或是罪人，每一个自以为是的你我他，每一个你所见的、不曾见的、梦中的……我们的一切一切，全部都存在于这样一粒悬浮在一束阳光中的尘埃上

从另外一个方向，恰恰是因为其的无限空旷，让星际交流变得不可能，光速是相对论速度的极限，但是真的太慢了。在这个比例尺下，光速只有3微米/s！连一只蜗牛的速度都是他的300倍！我不知道自然界有什么样的生物能够慢得如此惊世骇俗，五个小时的时间才能走过拇指大的距离，寒来暑往一年的时间才能慢吞吞地越过城楼前面的长安街。

星际航行因为恒星间的空旷让我们绝望，实际上，虽然银河繁星璀璨，但是平均密度比奥尔特云还要稀薄。

请看下面关于星际旅行的描写，是描写警察在星际追捕罪犯：
……警务飞船紧咬着走私飞船，掠过了一个又一个星球。每经过一个星球时，走私飞船船长都仔细观察星球的地貌，他急切地想找到一个地形合适的星球降落，同追击者决战，但一直找不到，只好回头看看越逼越近的警务飞船，咬紧牙关继续向前飞去……

以上情节都是来自国内的科幻小说。给读者的印象是，宇宙比警匪片中的小镇子大不了多少，太空中的星球也就象小镇路边的一家家商店似的；后者使读者觉得，以光速级速度飞行的恒星际飞船的行为同大街上的出租车差不多。在这样的描写中，作者对宇宙的宏大是麻木不仁的。

一艘巨大的宇宙飞船，在漆黑寂静的太空中飞向一个遥远的目标，它要用两千年时间加速，保持巡航速度三千年，再用两千年减速。飞船本身则经历了上百个“王朝更迭”。飞船上一代又一代的人出生又死去，灿烂的文化兴衰在这个小小的世界被重演；飞船的出发史已经如三皇五帝般成为遥远的传说，地球已经成了上古时代虚无飘渺的梦幻，飞船上考古学家们从飞船沧海桑田的历史遗迹中已找不到可以证实它存在证据。那遥远的目的地也成了一个流传了几千年的神话，成了一个宗教的幻影。

而更令人窒息的是，这艘历经人类文明史的超级飞船的目的地是天狼星，对我们而言，这个距离在银河系中也仅仅是家门口般的存在

这就是我们的宇宙细思恐极的地方，我们完全无法理解造物主设置这样一个惨绝人寰惊世骇俗石破天惊惊天泣地波澜壮阔的硕大空间意义何在。但文明间的交流也恰恰因为光速的限制变得不可能，这也许也是费米悖论的另一个解释吧。

3. 本星系团

天哪，银河系外还有星系。就算缩小了比例尺，这也是天文单位般的巨大存在，对于人类大脑的理解而言，已经可以说和我们毫无关系了。如果从理论上无法突破光速的桎梏，恒星系间天文单位的寂寥空间就是人类永远的结界。

我觉得最讽刺的事情，就是明明大多数人一百岁都活不到，却为了一万亿年以后宇宙会不会完蛋而忧心忡忡……

“被量子力学支配的恐惧”

如果谁没被量子力学搞得头晕，那他就一定是不理解量子力学。——玻尔

我思考量子力学的时间百倍于广义相对论，但依然不明白。——爱因斯坦

我想我可以有把握地说，没有人理解量子力学。——费恩曼

19世纪末，经典物理学（就是你我上学时学的）在解释微观世界物质状态上的漏洞越来越多。

也就是说，物质细分到一定程度后，它所表现出的物理性质，可能违背了我们的经典物理学。

几千年以来，科学家们一直在探索我们的世界由什么组成？现在我们知道了物质是由「电子」与「夸克」组成。

它们是人类现在所知的“小的不能再小”东西，称之为「基本粒子」，这些东西组成了「原子」，比如「氢原子」、「氧原子」

「原子」组合成为「分子」，比如H₂O，再往上就组成了我们的大千世界。

你可以理解为：世界由一堆积木组成，而研究最小最小的那块积木，就要用到「量子理论」

「量子理论」有许多违反常识的，甚至“诡异”的猜想，但它是对的，而且非常重要。

首先，我们先来认识两位“朋友”：「粒子」与「波」

「粒子」的行为方式，举例来说：

你有一块蛋糕，房间里有三十个人，你扔过来砸在我的脸上，那么只有我被你砸中了。

你有一台手机，你看的时候拿在手上，不看的时候揣在兜里，或者掉在地上，或者被扒手偷掉。

粒子在一个时间只能出在一个地方，要么在这里，要么在那里。

「波」的行为方式，举例来说：

房间里有三十个人，你对三十个人说话，他们都听得见。

你房间里打开一盏灯，在没有遮挡的情况下，灯光会照到每一个角落。

波可以在同一时间出现在多个地方，同时在这里，又同时在那里。

你可以停下来想一想，我们大千世界的所有东西，要么按照「粒子的行为方式」来存在，要么按照「波的行为方式」来存在，没有例外。

那如果这两种行为方式反一反会怎么样？

你仍了一块蛋糕，房间里三十个人都被击中了，你对三十个人说话，只有一个人能听见，这是违反常理的。

那么接下来在微观领域的实验，这种事情真的发生了。

1807年，托马斯·杨，进行了著名的光学实验——「双缝干涉实验」

这个实验中，光通过挡板上的两条缝隙，并没有和我们预想的一样，透过两条缝隙，形成两块光条，而是形成了几道光条。

这是由于「波」的互相干扰，导致光偏离了之前的轨道，「波」从哪里来？那是光本身的特性，光就是「波」

这也解释了光为什么会照到每一个角落，好，这个没有问题。

那么诡异的实验开始了「电子双缝干扰试验」这次用组成我们大千世界的电子。

在这之前，我们来预想一下，你现在拿着一些小球，扔过有双缝的挡板，最后小球的落点会是怎么样的？

应该是像下图这样：

但实验结果是:电子表现出了与光一样的特性，而且将电子单个单个的发射，最后还是会得到这样的条纹。

这让科学家们大为震惊，不是说好了粒子是粒子，波是波吗？单个电子怎么在实验中有波的行为方式？

难道说，在宏观世界中，投掷一块蛋糕，同时击中三十个人是可能实现的？

「量子力学」的解释是：单个电子同时通过了两条缝隙，并且自己和自己发生了干涉。

科学家将这样的现象称作「波粒二象性」意思是一个物质，同时表现出了波的行为方式与粒子的行为方式。

后来科学家慢慢发现，所有的基本粒子都具有「波粒二象性」，包括之前提到的光。

这和宏观世界里粒子是粒子，波是波的表现是截然不同的。

这是微观世界与宏观世界的相悖所在，也是量子力学与经典力学的矛盾之处。

诡异的事情还在后面，科学家们将一台高速摄像机加入实验，试图搞清楚有多少电子通过了双缝，以及电子的运动轨迹。

这次，波的特性消失了

注意！高速摄像机并没有影响双缝的位置以及大小，但电子却规规矩矩的只表现出了粒子的特性。

这到底是哪里有问题？难道说电子知道我们在试图观察它？电子是怎么知道的？

或者说单单观察这个行为，对物质的特性产生了影响？那么这个世界、这个宇宙是以人类的意识存在的？

但实验结果就放在那里，这太诡异了，甚至动摇了现代科学的根基——唯物主义。

还有更诡异的呢：

「量子隧穿」实验中「电子」有几率可以穿过绝缘层，那么也就是说，人类有一定几率可以穿墙而过？

最让人无法理解的就是：

「量子纠缠」处于纠缠状态的两个粒子，即使相隔整个宇宙，只要对其中一个进行观测，可以马上影响另一个的状态。

简单说，比如我两只手中分别有红色、蓝色两个小球，我抓着不让你看见，你只要看见其中一颗，就知道了另一颗的颜色。

这个例子在量子力学下会复杂很多，比方说我左手里的小球，在没有被观测到的情况下颜色是随机的。

观测抹杀了左手小球颜色的随机性，同时不论距离多远，右手小球的随机性也被抹杀，成为确定的一种颜色。

那么问题来了，两个小球是如何做到无视空间、时间的联系？没有人知道，科学家将其称之为“幽灵般的超距作用”

不论距离多远，影响会同时发生，这违反了爱因斯坦「相对论」所限制的宇宙极限速度——光速。

1927年，比利时，第五届索尔维会议。

以爱因斯坦为首的经典物理学大佬，以「因果论」为武器对量子力学提出了质疑，以玻尔为首的量子力学新秀以「概率论」应战。

薛定谔也提出了著名的薛定谔的猫：

一只猫被关在一个密闭的盒子里，盒子里有一些放射性物质，在进行观测之前我们无法知道它是否衰变。

所以，盒子里的放射性物质处于衰变/不衰变的量子叠加状态。

盒子里的放射性物质一旦衰变，有一个装置就会使锤子砸碎毒药瓶，将猫毒死。反之，衰变未发生，猫便能活下来。

薛定谔的本意其实是通过这样的构想，来质疑量子力学的，但没想到成为了量子力学中最脍炙人口的构想。

按照量子力学的解释，在打开盒子看猫之前，这只猫非生非死，处在典型的量子态，即活与不活叠加的离奇状态。

这样的争论最终没有结果，最后爱因斯坦说出了那句经典的话:上帝不会掷筛子！而玻尔回答到:请不要去教上帝应该怎么做。

当然，爱因斯坦并没有否认实验所得出的客观结果，他只是认为，量子力学的理论还不完整。

科学家的争论可不是流氓打架，两波人的都在努力使这些诡异的结果得到合理的解释，但是进展并不如人意。

各路科学大咖各显所能，提出了一系列猜想:

模拟宇宙猜想，就是猜想我们的世界是由一台超级计算机模拟出来的，我们人类的一举一动都在它的掌握。

平行宇宙猜想，还记得薛定谔的猫吗？这种猜想表示，在打开盒子看猫的时候，我们的宇宙分解成了两个平行时空A和B。

A宇宙的放射性物质没有衰变，猫活着；B宇宙的放射性物质衰变了，猫死了。

那么，有多少种选择，就有多少个平行宇宙，我们的这个世界只是无数的平行宇宙中的一个。

在其他平行宇宙，你可能真的是世界首富，也可能是街头流浪汉。

你可能发动了世界大战，又可能和现在一样，只是早饭吃的是包子，而不是煎饼。

又有膜理论、弦理论这种玄而又玄的东西，有人表示：这些东西怕是一周没合眼，再灌上两瓶伏特加后，想出来的吧？

比较靠谱，或者说比较容易让人接受的猜想是爱因斯坦提出的「隐变量假说」大意是：

什么观测导致随机性的抹杀、意识影响物质的性质，都是一派胡言，这是开历史的倒车。

我们难道要回到「地心说」的时代吗？这么些诡异的结果只是有些变量，我们仍然没有找到。

学识渊博的读者们一定想到了，上图的这句话，好像另一个伟大的思想先贤「苏格拉底」也说过——“我唯一知道的，就是我一无所知”

没错，「量子力学」在某种意义上来说，已经上升到了哲学层面的争论，这已经到达了人类的认知边界。

当然，即使科学家们搞不懂其中的奥秘，也不影响利用「量子力学」为人类造福，所谓：

别问为什么，用了再说

量子计算机：

我们都知道，我们现在用的计算机是二进制的，你可以把它想象成两个“开关”就像下面这样：

传统计算机速度越快，“开关”越多，那么量子计算机就是将这些“开关”换成了「基本粒子」比如「光子」、「电子」

还记得上面的“虐猫狂人薛定谔”所提到的「量子叠加状态」吗？在这种状态下一个「基本粒子」既是ON（1），又是OFF（0）

那么也就是说一个处于「量子叠加状态」的「基本粒子」就可以代表两个“开关”，那样，计算能力会爆炸式的增长，而且体积会非常之小。

简单点说，传统计算机计算怎么走出迷宫，会把所有的路一条一条的都走一遍，最后找到了出口。

量子计算机，会同时将所有的路都走一遍，找到出口。

哪个更快，可想而知，当然，量子计算机因为量子算法的关系，现在只能处理特定的「大型并行计算」，普通人是绝对用不着的。

量子加密通讯：

上面的量子计算机用到了「量子叠加」，而量子加密通讯则用到了「量子纠缠」。

用「量子纠缠」那“幽灵般的超距作用”为通讯双方分配“打开信息的密码”利用量子的「不可分割」、「无法克隆」的特性，保证信息的绝对安全。

这里有一点必须说明，所谓「量子通讯」并不是用「量子」来交流信息，而是用「量子」加密信息，保证安全。

好了说了这么多，其实是带大家到“人类的认知边界”溜达了一圈，只是溜达了一圈，真正的量子力学，可不是这区区4000字能讲清楚的。

大家如果真的感兴趣，可以将上面的内容作为线索，再去扩展阅读一下，不过记住！不理解是正常的，那都是量子力学的错。

我只是一介草民，没有读过几年书，更没有学过量子力学，说我是民科都是抬举我了，充其量是个脑子不太灵光的爱好者，这篇文章借鉴了好多知乎大V关于量子力学的解释，以上是我自己的理解，有理解错误的地方，请大神们指正，我一定跪下接受教导。

最后，和大家分享一个成语「不自量力」什么意思呢？意思就是“永远不要自学量子力学”

原文首发自公众号“太阳城邦”

我们有可能生活在一个黑洞里。

在大多数人的想象中，黑洞是个无限小的点，叫做奇点，如果靠这个点太近了的话，连光都逃不出去。实际上，靠多近的时候光就逃不出去了呢？我们管这个半径叫做“史瓦西半径”，管这个光都逃不出去的球体表面，叫“事件视界”。通常来说，黑洞指的是整个事件视界里面的一切，所以黑洞是有大小的。

实际上奇点是一个数学上的模型，指的是黑洞的质心。黑洞里面到底有没有这样一个点，谁都不知道，黑洞里面到底是什么样的，也没有人知道。也许里面确实有这么一个点，也许里面只有好大一坨铜锣烧。或者其它酥软蓬松的小吃也可以的，比如说蛋黄火腿月饼、旺仔小馒头。

用酥软蓬松的小吃制作一个黑洞其实非常简单：1、找到那么多酥软蓬松的小吃；2、把它们堆在一起。

比如说我们现在借助一种神奇的力量，一下子弄出来一堆太阳系那么大的铜锣烧，就放在真空中，它就自动成了一个黑洞。不管它坍缩成一团还是维持着酥软蓬松的口感，它都会是一个体量惊人的巨大黑洞。

我们假设铜锣烧的密度为200千克/立方米，太阳系直径为3.4e+16 米（以彗星轨道远地点计），则太阳系体积大约是1.64e+50 立方米。那么充斥了整个太阳系的铜锣烧质量为3.28e+52千克。

根据史瓦西半径计算公式：

得铜锣烧黑洞的史瓦西半径为：2.44e+24米。也就是2.44乘以10的24次方米，约等于300000000光年的样子。而我们可怜的银河系只有200000光年，你一不小心仅靠两个步骤制作的黑洞，比它还要大上千倍。

有次也可以看出黑洞的密度，如果以事件视界体积计算的话，密度也可以非常非常非常低。铜锣烧黑洞的体积6.08e+73立方米，3.28e+52千克除以它，铜锣烧黑洞的密度大约是1.85e-21千克/立方米，0.00000000000000000000185千克/立方米，非常非常非常接近真空。实际上现在人类能够制造的最真空的真空是0.00000 00001大气压的高真空，即一个大气压的100亿分之一，我们的铜锣烧黑洞密度比这个还要低很多。

其实我们的宇宙密度比这个还要低，是1e-28 千克/立方米，物质，在宇宙中是一种十分稀缺的资源。你觉得身边的物质很多很多，树木、山岳、大地、包括你自己，这是因为这些东西都聚集成了一团而已。实际上我们的宇宙空旷得难以想象，比你能够感受到的最空旷的地方还要空旷上好几万亿倍。

然而这并不能阻止宇宙是一个黑洞。

宇宙的总质量众说纷纭，但是大概在72897290200000000000000个太阳那么重，不算暗物质的话。太阳是1.9891*10^30千克，可观测宇宙大概重1.45e+53千克，而这个质量仅仅是“可观测”的。如果算上我们暂时还看不到也测不准的暗物质以及黑洞，宇宙的总质量大概在1e+56千克的样子。则宇宙的史瓦西半径是1.48e+29米，1.56e+13光年，15600000000000光年,15万亿光年。已知可观测宇宙的直径仅为930亿光年。

也就是说，咱们的可观测宇宙的史瓦西半径比它的实际直径大得多。

它是一个黑洞。

第一次想到这个问题的时候着实吓了我一跳，后来一想确实是这样，你并不能跑到宇宙“外面”去，宇宙“外面”的物理学规则也跟我们不一样，的的确确很像一个黑洞。作为宇宙中微不足道的一粒沙子上面的小小尘埃，我们人类无论怎么努力，也最多最多能够做到“坐井观天”，坐在宇宙这一口井里，能不能看到真正的“天”都还不一定呢。

真没意思。

然后我就去泡妞去了。

一个卑微无知的渺小到可笑的生物，乐呵乐呵得了。

真正细思极恐的是人类智慧文明的诞生。

一个这么荒芜的，无机元素堆砌的，空旷的巨大空间里，竟然会产生自己会动的生物，并演化出自己会思考的动物，并演化出现代文明，对宇宙进行学习观测，并吓到了自己，天天细思极恐。

在这样的荒芜宇宙中，人类所有的行为都是宇宙中极为奇迹的现象，划一根火柴，造一栋房子，发射一个宇宙飞船，都是宇宙自己无法做到的。我们人类的身体来自宇宙元素，我们的神经和大脑器官也来自宇宙元素，但我们的思维和精神，和宇宙完全独立，但又无法脱离宇宙而存在，宇宙如果再一次坍缩或爆炸，无论届时的人类文明变得多么先进，甚至都统治好几个星系了，也会照样被宇宙碾的粉身碎骨。如果人类预知它的发生，那么今天的人类活着还有什么意义？发展文明还有什么意义，反正最终早晚要灭亡。人类还不如活的像动物一样，懵懵懂懂，不知道恐惧，不明白自己的前途，最终也会灭亡。

无论这个世界多么物质，人类还是要生活在自己的精神世界里的，不然真的要天天活在恐惧中了。无论是愚昧的信奉宗教，让自己愉快的生死，还是唯物主义但依然追求享乐和美好生活，其实都是一个目的，让自己的精神和肉体快乐，最终，还是让精神快乐。宇宙太大，未来太可怕，宇宙既然赐予我们人类高级的神经反射思维和自我意识，我们就要好好善待它，快快乐乐过一生，如果为人类文明的未来着想，就留下一些孩子，教育他们，让他们还在娱乐自己的精神同时推动人类文明和科技的发展，也许，万一，这个宇宙永远也不会再坍缩或爆炸，也许人类文明可以最终消灭吞并其他文明，扩张到全宇宙每个角落，利用了全宇宙的能源，并发现了可以阻止任何宇宙灾难发生的技术，永远的活下去呢。

那时候的人类再看现在的我们，估计就好像说，看，我们的祖先就是从这个泥坑里爬出来的蛆虫。我们唯一可能留给宇宙的，只有后代和对他们的科技文明教育了，我们自己的悲欢离合，生老病死，尔虞我诈，兴衰存亡，都是毫无意义的未来没人关心的空气。有人会关心几亿年前一个猿猴和另一个猿猴打架的事情吗？没有。未来人类看待我们今天的政治斗争，利益斗争，战争，都是这个态度。

所以我的世界观价值观就是这样的，快快乐乐的活着，尽量生孩子并教育好他们科学知识，尽量远离各种争斗，尽量调节各种争斗，尽量让家庭和朋友，可以快乐过一生，不要死太早，不要没有后代就死了。