

问起宇宙有多大,很多人都能说出“930亿光年”这个数字,可要是再问一句这到底有多远,大多数人就答不上来了。
这其实很正常,光一秒钟能绕地球七圈半,走满一年才算1光年,再乘以930亿,脑子里找不到任何东西能和它对应。
天文学家和科普作者常用一个朴素的办法来解决这个问题,就是把所有天体按同一个比例缩小,缩到能拿尺子量、能开车跑完的程度。
这篇文章用的缩小标准只有一条,那就是假设银河系直径仅有1米。

1米大约是一张小方桌的宽度,成年人张开双臂还要比它长出一截。
下面就从这张桌子出发,一步步算出同比缩小后的宇宙有多大。
要算下去,得把比例尺定下来。
银河系恒星盘的直径,目前比较通行的数值是约10万光年,把它压缩成1米,每1光年在模型里就只剩下10微米。
普通头发丝的粗细在50到100微米之间,也就是说,1光年在这张桌子上还不到一根头发丝粗细的五分之一。
太阳的直径约139万公里,按比例缩下来只有约1.5皮米。

一个原子的直径通常在100皮米上下,缩小后的太阳比一个原子还要小几十倍。
地球的直径约1.27万公里,缩完只剩约13飞米,和一个铀原子核的大小相近。
地球绕太阳运行的轨道半径约1.5亿公里,在模型里是0.16纳米,差不多就是一个原子的宽度。
冥王星到太阳的平均距离约59亿公里,缩小后在6纳米左右。
新冠病毒颗粒的直径一般在60到140纳米之间,从太阳一直到冥王星轨道的整片区域,放到桌面上连一个病毒的十分之一都不到。

离太阳最近的恒星是比邻星,距离约4.24光年,在模型里两者相隔约42微米,刚好是一根细头发的宽度。
银河系的恒星数量,学界的估计在1000亿到4000亿颗之间,这么多比原子还小的光点散落在桌面上,彼此普遍隔着几十微米,桌面绝大部分地方其实是空的。
太阳在桌面上的位置同样可以算出来。
欧洲南方天文台的GRAVITY合作组在2019年发表的结果中,通过追踪银河系中心黑洞附近的恒星S2,把太阳到银心的距离测定为约8.18千秒差距,折合约2.67万光年,放进模型就是离桌子中心约26.7厘米。

中国科研人员在描绘这张桌子的具体形状上也做了不少工作。
2019年2月,中国科学院国家天文台陈孝钿团队在《自然·天文》上发表成果,利用1300多颗经典造父变星绘制出银河系盘面的三维结构,确认银盘外侧并不平整,而是像一顶边缘起伏的帽檐。
位于河北兴隆的郭守敬望远镜,正式名称是大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,累计发布的恒星光谱已超过2000万条,为银河系的结构和演化研究提供了大量第一手数据。
离开这张桌子,往外走一走,事情就有意思了。

大麦哲伦云距离我们约16万光年,在模型里离桌子约1.6米,小麦哲伦云约20万光年,在2米左右,相当于桌子旁边放着两只小碟子。
1994年7月,剑桥大学的伊巴塔等人在《自然》上报告发现了人马座矮椭圆星系,它离太阳约7万光年,按比例只有70厘米远,几乎贴着桌沿,正在被银河系的引力一点点撕开。
再远一点就是仙女座星系,距离约254万光年,在模型里位于约25米之外,它的直径约22万光年,缩小后是一张2.2米宽的桌子,比银河系还要大一圈。
仙女座星系是银河系之外的另一个星系,这件事被确认还不到一百年。

1923年10月6日,美国天文学家哈勃在威尔逊山天文台用2.5米口径的胡克望远镜拍下仙女座星云中的一颗造父变星,并据此估算出它的距离远远超出银河系的范围。
1925年1月1日,他的论文在美国天文学会的会议上宣读,河外星系的存在从此得到天文学界的普遍承认,人类眼中的宇宙一下子从一个星系扩展到了无数个星系。
银河系、仙女座星系、三角座星系,再加上几十个矮星系,共同组成了本星系群,其直径约1000万光年,换算后约100米,差不多是一个标准足球场的长度。
也就是说,一个足球场的场地上只摆了两张像样的桌子和一张小一点的桌子,剩下的都是散落的小碟子,场地绝大部分地方依然是空的。

尺度再往上就是超星系团。
2014年9月4日,美国夏威夷大学的塔利等人在《自然》上发表研究,根据约8000个星系的运动数据,划出了银河系所在的拉尼亚凯亚超星系团,“拉尼亚凯亚”在夏威夷语里的意思是“无尽的天空”。
这个超星系团的直径约5.2亿光年,包含约10万个星系,放进模型是5.2公里左右,大致是一座小县城城区的范围。
1米宽的银河系,放在这座县城里,就好比街边一张普通的桌子。

最后来算可观测宇宙。
可观测宇宙的直径约930亿光年,和10万光年的银河系相差约93万倍,银河系缩到1米,可观测宇宙的直径就变成了约930公里。
北京到南京的直线距离在九百公里出头,假如把代表银河系的桌子放在北京,那么可观测宇宙的边缘差不多就落在南京附近,向任何一个方向都是这么远。
看到这里可能会有人觉得奇怪,宇宙的年龄只有约138亿年,光跑不了那么远,可观测宇宙的半径为什么会有约465亿光年。

2018年7月17日,欧洲空间局普朗克卫星团队发布了最终的宇宙学参数,给出宇宙年龄约为137.87亿年。
两个数字对不上,原因在于宇宙空间本身一直在膨胀,那些很早发出光的区域,在光走向地球的漫长过程中,已经被膨胀带到了更远的地方。
距离足够远的星系,退行速度会超过光速,这和相对论并不冲突,因为它们并不是在空间里飞驰,而是空间自己在伸展。
詹姆斯·韦布空间望远镜这几年不断刷新最远星系的纪录。
2024年5月30日,美国国家航空航天局公布了韦布望远镜确认的星系JADES-GS-z14-0,它发出的光诞生于宇宙大爆炸后约2.9亿年。

2025年5月,又有研究团队报告了红移达到14.44的星系MoM-z14,它的光诞生于大爆炸后约2.8亿年。
这些光在路上走了约135亿年,而这些星系如今离我们已有三百多亿光年,放进模型里大约在三百多公里之外,比北京到石家庄还要远一些。
宇宙膨胀的速度本身也在被重新测量。
2025年3月19日,暗能量光谱仪合作组发布第二批数据的分析结果,结合其他观测后发现,暗能量的强度可能在随时间减弱,这一结论还需要更多数据来检验,但已经引起了宇宙学界的广泛关注。

可观测宇宙之外还有多大,目前没有确定答案。
2011年,牛津大学等机构的研究人员用贝叶斯统计方法估算,整个宇宙的体积至少是可观测部分的250倍左右,体积扩大250倍,直径就扩大6倍多。
照这个结果,在1米银河系的模型里,整个宇宙的直径至少约5900公里,比中国国土东西两端的跨度还要长。
普朗克卫星的数据显示,宇宙空间在大尺度上非常接近平直,曲率和零的偏差极小,所以也有不少宇宙学模型认为宇宙在空间上是无限的,真要那样,这个缩小模型就根本找不到边界。

把这些数字串起来,银河系是一张1米宽的桌子,太阳系比一个病毒还小,本星系群是一个足球场,拉尼亚凯亚超星系团是一座小县城,可观测宇宙从北京一直铺到南京,整个宇宙至少延伸出数千公里,甚至可能没有尽头。
这就是在“银河系直径仅有1米”的前提下,同比缩小后的宇宙有多大的答案。














