马平：我们的征途真的是“星辰大海”
【“我们的征途是星辰大海！”走出地球、走出太阳系是人类最重要的梦想之一；在科幻作品中，宇宙大国、星际争霸也是“标配”。不过细究起来，宇宙真的只是空空荡荡的“大海”，星辰在“海”中只有细菌大小，而且相距甚远。从另一个角度看，或许我们人类太“实”了？】
有人问：恒星占可观测宇宙多少体积？他还想要一个数量级差不多正确的比值。
答案是：很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小很小。
以上每个“很小”代表一个小数点后面的0，依然不够形容恒星的小，用沧海一粟来形容都嫌太大啊。
这么说吧，银河系包括上千亿颗恒星，但两个像银河系这么大的星系对撞。却几乎不会有2个恒星对撞的事情发生。就像2群蜜蜂或者鸟群对飞，互相穿越的时候有干扰，有绕飞，但就是没有撞上的。恒星没有脑子，就是个结构简单的实心球，不会闪避，你可以想象这么多随机的球体居然没撞上。可见相对星系的规模，恒星几乎可以视为质点。
具体来说，银河系的直径约为十万多光年，中心厚度约为1万光年。（实际上将星系描述成圆盘或者铁饼是不准确的，圆盘的两侧也有很大空间是星系，但这里忽略）。那么，粗略计算，银河系的体积差不多是80万亿立方光年。用2千亿恒星去除，平均每个恒星是400立方光年的样子；开立方，恒星平均占据的立方格大小只有7光年。听起来不多是不是？这个数字也和我们直观的数量级差不多——比邻星在4光年外（当然这个测算不太准，因为比邻星实际上是个三合星，即3颗恒星聚在一起互相绕行，参见《三体》，但也不影响最终结果。因为你要问的是恒星的体积，分成三个星不影响讨论）。
不过，光年是9.4607×10的15次方米，7光年差不多就是6.6×10的16次方米。
太阳的半径呢？70万千米——0.7×10的9次方米。
这样除一下，在线性尺寸上。恒星的平均距离就是太阳半径的1×10的8次方倍，即一亿倍，听起来还好吧。一亿倍的三次方，就是10的24次方倍。你看，这就是“星系内部”恒星和周围空间的比较。这听起来是不是毫无感觉？我们换个直观的计算方案。
太平洋的宽度按照2万公里算，就是2千万米，除以一亿，居然还有0.2米的大小。你把你的手机和平板打个包，扔到太平洋里，就是把太阳放到正常银河系空间的效果。听起来比沧海一粟强很多呢，我要不要吃回开头的话？当然不必，因为太平洋差不多是一张纸（2万公里级别的横宽，几公里级别的厚度），换成立体效果，立刻跌了好几个数量级。
另外一个不必吃掉“沧海一粟”的理由要更充分一些——银河系本身是个恒星密集区啊。相对周围的空间，银河系本身又是小把戏了。麦哲伦星系离我们比较近，20万光年的样子。不过麦哲伦星系本身算是银河系的“卫星”，再往外要220万光年才到仙女座星系。星系和星系之间也有流浪恒星，但占全部恒星的比例不会比中国人中的变性人比例高，忽略。总之，考虑到星系之间的距离，如果把星系里的恒星打散到周围的空间，太平洋里的平板电脑立刻变成了太平洋里的浮游生物乃至细菌。这个比例是不是让你感到很爽呢？
这还没完！
即便是银河系周围的空间，也是难得的星系密集区。即本星系群，相对星系群乃至超星系群之间真正的“空间”，星系群又是个热闹地方了。但由于星系群之间的距离估算已经很粗糙了，我这里就不继续往上算了。
总之，你想象一个长宽高都有2万公里的超级水族箱。（实际尺度的太平洋也只是这个水族箱表面的一层膜）里面有一个直径几微米，需要强大显微镜才能看到的细菌，那是我们的太阳。这个水族箱内部有且只有太阳这么一个细菌。细菌周围还有几个更细小的病毒，距离细菌身长100倍的地方，有个病毒就是我们的地球。略远处有个大病毒是木星……这就是我们的星际空间。无数个水族箱在三维空间排列到一起，其中一个水族箱的病毒要去掠夺另一个水族箱了，这就是《三体》描绘的星际战争。
宇宙有多空？要多空有多空！
最后补充一个说明：以上计算很粗疏，大刀阔斧地四舍五入，甚至计算0的数量都可能数错，不过——无所谓！！考虑宇宙学问题请用对数坐标，如果你估算某个数字是100万，那么观测值如果在1000万和10万之间，你的理论就很精确了。具体到这个问题，我多算了两个0，少算了两个0，真的不影响你的感受。上帝不在乎，主不在乎，我当然也不在乎。既然太阳相对周边空间是一个立起来的太平洋里面的细菌，我们就是这个细菌身上的细菌，而真正的细菌则是细菌尺度的三次方——我等蝼蚁中的蝼蚁何必在乎那两三个0呢……
————————宇宙与人的分割线————————
宇宙空荡荡，这是从我们人类的角度说的。我们人类是一种密度很大——没错——就是密度很大的生物。构成人类的物质，每立方厘米大概有10的23次方个原子。整个宇宙的密度呢，目前估算还谈不上准确。大概是每立方米0.1-10个氢原子。虽然宇宙中有很多物质比人类密度大，但总的来说，人类自身是宇宙中的高密度物质。不仅比大部分空间的密度大，比星云的密度大（星云已经是高密度地区了），甚至比许多恒星的密度也要大。从我们这个角度去观察，自然会说宇宙是空荡荡的。但是，既然我们认识到了这一点，就该想到，或许我们把“实”的标准定的太高了，所以觉得宇宙很空。但如果我们换个思路，换个视角，设想一下宇宙中或许有很多密度很低的观察者。他们未必就认为宇宙很空。比如说某些星际生物，漂浮在气态行星的上层，或者干脆生活在宇宙空间，身体庞大到上亿公里。从他们的角度看，或许宇宙不仅不空旷，反而很拥挤呢，没准他们一转身就会“碰到”另一个低密度生物。至于我们人类和地球，在他们看来或许就是坚固但微小的礁石。让你从他身体里穿过去也没什么。
当然，在我们看来，低密度生物似乎有个致命的问题——那么低的密度，如何连接身体的各部分？分子之间不相邻怎么维持生命的运转？
这实际上涉及到另一个定义——什么是“挨着”？我们说我“碰到”了一个分子，是真的“碰到”了么？无非是我们手按上去的时候，电磁力互相排斥，把我们的手挡住了。所以我们说“碰到”了。换句话说，你碰到一个东西，无非是碰上了“场”。或是电磁场或是引力场，总之就那么4种基本作用力。一个物体“存在”，就是体现为对各种“场”的反应。对于物理学家来说，“场”就像椅子一样实在。从这个角度说，宇宙一点都不“空旷”。我们能看到星光闪耀，就是电磁场穿越上百亿光年的空间，和我们的眼睛互相作用。至于引力场，星球和星系大范围的磁场。那更是无所不在。我们是高密度生物，所以要很强的场才能让我们清晰地体会，但对于低密度生物来说，即便在远离星体的空间内，也可能清晰地感受到星体的引力场、电磁场，在比冥王星还远几十倍的地方，就能体会到“强劲”的太阳风。这样的生物，自然可以用（对人类而言）微弱的电磁场、引力场维持自己身体结构的整体性。从我们的角度来看，那可能就是比地球轨道还大，比太阳系还大的一片“真空”中的微弱变化。在这样的观察者看来，宇宙是一个充满物质的温暖世界。
归根结底，宇宙不是为我们而生。我们许多对宇宙的描述首先要受限于我们的感官，进而受限于我们感官确定的潜意识。即便我们有了射电望远镜，有了中微子测量器，我们依然没法直观地想象其他观察者眼中的宇宙。但我们可以反过来向微观想象一下。在经典的原子模型中，原子也是个很空旷的地方，一个像蜜蜂那样大的电子，在一座山那么大的空间里，围绕着中间一个足球大小的原子核飞行。当然我们现在知道原子并不能简单地用如此经典的模型去形容。但我们至少知道，其实原子也是很“空旷”的。在中子星上，原子核紧紧地排列到一起，每立方厘米的物质有上亿吨重。这样的物质内部也有波动，也有各种作用，未必不会产生基于这种高密度的生物。在他们看来，人类和真空区别不大，他们眼中的宇宙相比会更“空旷”，甚至他们未必能知道地球这种星体的存在。难道说我们就不存在么？
这都是视角问题。总之，物质本身没有绝对的一个密度尺度，“宇宙空旷”这个形容词背后隐含着人类对“通常”密度的一个定义。这样的定义可以让我们日常生活便利，但绝对无助于我们考虑宇宙尺度的问题。
以下是题外话，郑重推送我此前给《宇宙过河卒》写的一个书评，也和宇宙的空旷有关系。
离家多远才算远——《宇宙过河卒》读后感(马前卒)
在一个世纪之后，在一场核大战之后……瑞典成为我们这个星球上最强大的国家。垄断了核武器和国际维和权利。地球人在瑞典军队的监视和保护下重建经济，修理文物，快乐的发展，同时努力让自己的国家变成另一个瑞典。
这个设定貌似不出格，地球上的强国如果真的疯狂到在一场核战中互相毁灭。那么可能被核弹忽视的工业国中，瑞典是最强的一个。因为瑞典在保持一个与国力不相称的军工体系的同时，几乎和任何国家都缺乏冲突的理由。因此，瑞典管理着22世纪的地球，中国在这个设定中经历了几场战乱，美国人则念念不忘过去的辉煌，以十倍于100年前的热情纪念自己的独立日——可惜别人都忘了。可惜瑞典实在还是个小国，因此只能做一个超然的霸主而不是全面的统治者。
说了这么多，其实地球上谁当家根本不重要，和后面的故事比起来，地球上这点烂事根本不值一提。这只是外星殖民的一个背景而已——瑞典人感到控制世界越来越难，越来越力不从心。却找不到一种能替代这种帝国体制的东西。眼看在不远的将来还有核战争等文明沦丧的危险，瑞典政府出面组织向其他星系移民，避免文明被人类自己的争斗一勺烩了。
下一个设定就是星际飞船。限于战后地球的国力，飞船不大。除了到其他恒星系探索的仪器、建立一个自给自足殖民点所需的机械设备外，只能容得下50个成年人生活，男女各半。这个小飞船的关键在于外面的一个力场发动机。力场要比飞船大得多，凡是力场扫过的地方，极端稀薄的星际气体（主要是氢）被全部吸入发动机，聚变后射出。这既保证了高速飞行的飞船不会被星际粒子破坏，也保证了持续的加速度来源。如果要减速的话，这个发动机还可以把发动机反过来喷射。
如果只把恒星和稠密星云算物质，那么宇宙其实是个非常空旷的地方。空旷到什么程度？如果把太阳缩小到一个足球大小，地球就是一个环绕足球绕圈的小米粒，绕的圈子有篮球场那么大。在这个缩小比例下，最近的恒星还在上万公里之外。宇宙空的难以想象。但如果你把每立方米一两个的原子也算进来，那至少在星系内部还是挺拥挤的。移民者的飞船靠常规动力加起速度之后，庞大的力场每秒都可以扫过非常可观的空间，搜集起星际气体给飞船的聚变炉子用。于是加速减速皆如意。
即便如此，最近的恒星系还是太远了，有类地行星的恒星就更远，动辄几十几百乃至上千光年。以光速飞过去，乘员也老死了。好在人类还有相对论可以利用。上面说的那种飞船，可以把飞船加速到接近光速，因此在飞船内时间越过越慢。几十年上百年的航程，在飞船里可能只有几年。可惜飞船不能以光速撞到移民星球上，必须减速，因此航程的开始和结束段都必须在低速情况下度过，因此，除非被移民的星系完全没有设立殖民点的可能，否则探险队就不必回来了——反正回来的时候，地球上认识他们的人已经都老死了。主角乘坐的探险船不是第一艘，之前已经有探险船无法殖民而折回的情况。回来的年轻乘员在到地球上怀旧一番后，许多人强烈要求加入下一支探险队，因为地球已经不是他们熟悉的那个地球。他们更习惯于在星空中仰望变成一个小光点的太阳系，而不是在一个习俗、风貌和自己年轻时完全不一样的地球上，和曾孙一起生活。
相对论的另一个效应是质量增加。随着飞船越来越接近光速，质量也近乎无限的增加。这决定了飞船在稠密星云中的飞行状态。在没有摩擦力的宇宙中，动量守恒是不可违反的定律，权威甚至高于相对论。当飞船飞入稠密星云的时候，力场瞬间搜集到大量的物质——也搜集了它们的动量。在把这些物质聚变并喷出去之前，飞船必须先减速才行。这个负加速度的大小取决于星云的稠密程度，也取决于飞船的质量。飞船质量在足够大之前，撞上稠密星云，近乎于撞上一堵墙。
主角所在的飞船就不幸地撞上一小片星云，或者说宇宙中一小块物质稠密区。这片物质不算太稠密，因此飞船没有被撞毁。但这片物质又太稠密，以至于在飞船损坏了反向喷射装置。损伤其实不大，一个减速装置算什么，飞船可是为一个自给自足的殖民地准备了全套机械工业储备。但问题在于必须出仓修理。出仓修理不能开着力场，因为力场会杀了所有出仓者，但也不能关了力场，因为迎面飞来的星际物质没有力场的遮挡，也会秒杀修理工。结果……飞船只能继续在向后喷射的情况下开着力场引擎——只有继续加速才能活下去。他们不可能停在任何一个恒星周围，必须无休止的在宇宙中游荡，或者撞上一颗恒星自杀。当然，由于飞船内时间过的很缓慢，他们完全可以再活上几百万年，比其他人类乃至整个人类文明都可能活得久，但对于飞船内部的人来说，这只是十几年，至多几十年。他们被判了无期徒刑。
探险队因此陷入一片混乱，作为警官而不是工程师或船长的主角被迫出面镇压。主角出身在底层社会，一步步爬到上校，最大的优点是冷静和求生欲望强。他首先承认只能加速的现实，然后软硬兼施，逼全船人和他一起寻求逃生的机会。
现在的矛盾在于，关掉力场就要被星际物质杀死，开着力场就要被力场杀死。因此他们必须飞到一个没有星际物质的地方。什么地方呢？不太清楚，星系内部肯定不行，星系之间也不一定，因为星系群（具体到我们这旮旯就是包括仙女星系、麦哲伦星云和三角星系等约40个星系的集合）可能就是从一团大星云发展来的，星系之间可能还有残存的星际物质。比星系内部低，但足以杀人。那么就飞到星系群外面去。星系群还结成更高的组织，超星系群，如果这个群内部依然不保险……就再往外面飞。
这个距离用光年计算的话，数量级大概在几千万光年到几亿光年之间，以光速或者近光速飞过去就是几千万年。为了不至于没飞到就老死，飞船必须继续加速，为了将来修好减速装置而继续加速。让飞船速度更接近光速，让飞船内部时间相对更慢。好在飞船还能侧向喷射来转弯。飞船因此先在悬臂之间周转，再飞到银河系核心的气体稠密区去获得更大加速。到这个时候，飞船已经吸纳了足够多的能量，质量足够大，以至于一般的稠密气体造不成什么冲击了。除非撞上一颗恒星，否则飞船会一直飞行。
撞上恒星的概率当然存在，操纵如此困难的飞船无法通过扭曲的光学观测（速度太接近光速，观测困难）来玩微操。但恒星密度实在太低，低到一条横穿宇宙的随机曲线基本上没啥机会穿过一个恒星，因此飞船在银河系里横冲直撞，飞到星系外头发现气体还存在，就继续横冲直撞的往外飞。从飞船外部的视角来看，一个质量越来越大的飞行物以近光速在横穿宇宙，飞了几千万年，从飞船内部视角看，他们只是正常飞行了几个月。
飞过了一个又一个星系（星系的尺度相对星系之间的空间来说不离谱，随机的飞就能碰到星系，但两个星系相撞时，几百亿颗恒星难得有一对相撞），他们终于有了足够的速度，让时间大大收缩，让自己能活到飞船飞出超星系群那一天。
或许在几亿年后（飞船时间差不多一年），他们终于飞到了绝对空旷的宇宙，关掉力场，修好了减速装置。接下来的事情貌似就是一个完美的结局。25对俊男美女飞进一个星系，寻找一颗可以居住的行星，快乐地传宗接代，发展文明。
可惜事情没那么简单。他们的速度已经太快，快到一个星系群内的星际物质不足以减速到让他们停在这个星系群内。如果他们坚持在碰到的第一个星系群减速，最大的可能性就是他们在超星系群之间的无垠空间“缓慢”飞行（周围没有物质供加速减速）。老死在星系之间。他们必须指望自己能碰到几个星系群连成一条直线又恰好在航线上的情况。
这样的情况只能博人品，博人品的本钱就是足够的星系群样本。要碰到足够多的星系群样本就要飞的更远，要飞得更远还不至于老死只有一个途径——飞的更快。于是警官先生继续他的僭主政治，把所有人动员起来实施更疯狂的计划。为了停下，他们让自己越来越快，越来越接近光速，时间流逝越来越缓慢。这让我想起了一个传说中的赌徒，他走进赌场和庄家玩大小点，每输一次他都把赌注翻一倍，只要赢一次就全部捞回。赌徒能这么做的前提是有无限的资金。在这个故事里，警官先生显然有无数的资金——时间可以挥霍，反正爱因斯坦站在他一边，速度越快，时间越缓慢。
但这里还有另一个问题，万一庄家的钱不够你的赌注怎么办？赌博还是必须停止。宇宙作为庄家，也是有寿命的。恒星在一代代的传承中，消耗尽星际气体，把氢元素转变成接近铁的重元素。宇宙整体上根据物质密度不同，在大爆炸之后或者越来越稀疏，越来越死寂，或者越来越密集，重新聚集在一起。这艘飞船飞的如此之快，亿万年在时间变化效应下，不过是短短几个月。
终于有一天，他们发现宇宙中的星际气体越来越少，大型恒星一个个熄灭，星系之间的距离却重新变小——宇宙快死了。他们还是没有找到能停下来的合适星系群。探险队开始彻底崩溃，只有僭主警官继续他无比强烈的求生计划，继续寻找可殖民的行星，可当太阳的恒星。只是即使他们停下来，也只能发现充斥着褐矮星和黑洞的死寂宇宙。
真正的纯爷们，如果发现宇宙不太适合生存，他们会换一个。现在警官主角把全部希望都赌在宇宙大爆炸前的奇点未必是一个几何学上的点，周围或许还有可容下一艘飞船的空间——这艘飞船的质量现在远超过恒星，甚至可能超过星系，可以在任意稠密的物质中穿行。
作者在这里不得不开了金手指，让主角赌赢了。主角赢得了一个新宇宙，一个物理规则和我们这个宇宙差不多的宇宙，他从容地跟上一个看起来和银河系相似的星系，在高速运行中等到这个星系演化出合适的恒星，然后减速，减速，减速再减速，直到他们进入恒星周围的公转轨道。
结局确实皆大欢喜，主角抱着漂亮的大副，坐在新星球的牧场河边调情，准备生一堆孩子来繁衍种族。头上是新纪元的星空，身边是从上一个纪元带来的美女，整个宇宙等着他们的子孙去填满，我想不出有啥结局能没有啥结局能比这个场面更爷们。末路赌徒终于成了英雄。
有快10年没读过这么爽的科幻小说了。除去那些长篇巨作，只有读《冰霜与烈火》、《阿西莫夫机器人系列》时有过类似的感受。当然，也可以说我火星了，因为这是70年代作品。发表日期在我父母结婚之前。
好的硬科幻小说，不是把所有细节都面面俱到的作品，那是技术手册，不是小说。而是能把科学精神和人文精神结合，在极端但在逻辑上说得通的环境下，展示科学和自然之美，展示人类智慧的作品。《宇宙过河卒》就有这种效果。在飞过几亿光年后，观测员无奈的说“这个星系很像我们老家的麦哲伦星系”。能把麦哲伦星系说成老家，这种冷幽默体现的是宇宙之大，人类的智慧。而飞行到宇宙末日，依然要为幸福的生活战斗，这才是真正的好汉。宇宙太大，人类太渺小，需要用这种豁达来忘记小小地球的不快，来保持生活的信心。
好的小说，还能让读者和作者一起感受激情，一起体会人类感情的细微之处。我对阔别的家乡，对已经逝去的家园的怀念，对自己未曾到过的梦中家园的向往，早已被每日琐碎杂乱的生活带走。作者偏偏能用一个跨越宇宙时空的极端环境来让我重新体会一下，重新想起20年前坐在灿烂的星空下找卫星的那个小孩。感谢作者，感谢翻译者，感谢科幻世界。
马前卒向同为宇宙灰尘的作者致敬！
波尔·安德森（Poul William Anderson）(1926年11月25日—2001年7月31日)，美国科幻界的元老级作家，是黄金时代涌现出的优秀作家之一。他1926年11月25日出生于美国宾夕法尼亚州的布里斯托市，父母原籍北欧斯堪的纳维亚半岛，二战爆发前他曾在丹麦，1948年毕业于美国明尼苏达大学物理系。大学毕业后，他放弃了从事物理学工作，开始创作科幻小说。2001年7月31日因癌症逝世，享年74岁。
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