馬平：我們的征途真的是“星辰大海”
【“我們的征途是星辰大海！”走出地球、走出太陽系是人類最重要的夢想之一；在科幻作品中，宇宙大國、星際爭霸也是“標配”。不過細究起來，宇宙真的只是空空蕩蕩的“大海”，星辰在“海”中只有細菌大小，而且相距甚遠。從另一個角度看，或許我們人類太“實”了？】
有人問：恆星佔可觀測宇宙多少體積？他還想要一個數量級差不多正確的比值。
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。
以上每個“很小”代表一個小數點後面的0，依然不夠形容恆星的小，用滄海一粟來形容都嫌太大啊。
這麼説吧，銀河系包括上千億顆恆星，但兩個像銀河系這麼大的星系對撞。卻幾乎不會有2個恆星對撞的事情發生。就像2羣蜜蜂或者鳥羣對飛，互相穿越的時候有干擾，有繞飛，但就是沒有撞上的。恆星沒有腦子，就是個結構簡單的實心球，不會閃避，你可以想象這麼多隨機的球體居然沒撞上。可見相對星系的規模，恆星幾乎可以視為質點。
具體來説，銀河系的直徑約為十萬多光年，中心厚度約為1萬光年。（實際上將星系描述成圓盤或者鐵餅是不準確的，圓盤的兩側也有很大空間是星系，但這裏忽略）。那麼，粗略計算，銀河系的體積差不多是80萬億立方光年。用2千億恆星去除，平均每個恆星是400立方光年的樣子；開立方，恆星平均佔據的立方格大小隻有7光年。聽起來不多是不是？這個數字也和我們直觀的數量級差不多——比鄰星在4光年外（當然這個測算不太準，因為比鄰星實際上是個三合星，即3顆恆星聚在一起互相繞行，參見《三體》，但也不影響最終結果。因為你要問的是恆星的體積，分成三個星不影響討論）。
不過，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。
太陽的半徑呢？70萬千米——0.7×10的9次方米。
這樣除一下，在線性尺寸上。恆星的平均距離就是太陽半徑的1×10的8次方倍，即一億倍，聽起來還好吧。一億倍的三次方，就是10的24次方倍。你看，這就是“星系內部”恆星和周圍空間的比較。這聽起來是不是毫無感覺？我們換個直觀的計算方案。
太平洋的寬度按照2萬公里算，就是2千萬米，除以一億，居然還有0.2米的大小。你把你的手機和平板打個包，扔到太平洋裏，就是把太陽放到正常銀河系空間的效果。聽起來比滄海一粟強很多呢，我要不要吃回開頭的話？當然不必，因為太平洋差不多是一張紙（2萬公里級別的橫寬，幾公里級別的厚度），換成立體效果，立刻跌了好幾個數量級。
另外一個不必吃掉“滄海一粟”的理由要更充分一些——銀河系本身是個恆星密集區啊。相對周圍的空間，銀河系本身又是小把戲了。麥哲倫星系離我們比較近，20萬光年的樣子。不過麥哲倫星系本身算是銀河系的“衞星”，再往外要220萬光年才到仙女座星系。星系和星系之間也有流浪恆星，但佔全部恆星的比例不會比中國人中的變性人比例高，忽略。總之，考慮到星系之間的距離，如果把星系裏的恆星打散到周圍的空間，太平洋裏的平板電腦立刻變成了太平洋裏的浮游生物乃至細菌。這個比例是不是讓你感到很爽呢？
這還沒完！
即便是銀河系周圍的空間，也是難得的星系密集區。即本星系羣，相對星系羣乃至超星系羣之間真正的“空間”，星系羣又是個熱鬧地方了。但由於星系羣之間的距離估算已經很粗糙了，我這裏就不繼續往上算了。
總之，你想象一個長寬高都有2萬公里的超級水族箱。（實際尺度的太平洋也只是這個水族箱表面的一層膜）裏面有一個直徑幾微米，需要強大顯微鏡才能看到的細菌，那是我們的太陽。這個水族箱內部有且只有太陽這麼一個細菌。細菌周圍還有幾個更細小的病毒，距離細菌身長100倍的地方，有個病毒就是我們的地球。略遠處有個大病毒是木星……這就是我們的星際空間。無數個水族箱在三維空間排列到一起，其中一個水族箱的病毒要去掠奪另一個水族箱了，這就是《三體》描繪的星際戰爭。
宇宙有多空？要多空有多空！
最後補充一個説明：以上計算很粗疏，大刀闊斧地四捨五入，甚至計算0的數量都可能數錯，不過——無所謂！！考慮宇宙學問題請用對數座標，如果你估算某個數字是100萬，那麼觀測值如果在1000萬和10萬之間，你的理論就很精確了。具體到這個問題，我多算了兩個0，少算了兩個0，真的不影響你的感受。上帝不在乎，主不在乎，我當然也不在乎。既然太陽相對周邊空間是一個立起來的太平洋裏面的細菌，我們就是這個細菌身上的細菌，而真正的細菌則是細菌尺度的三次方——我等螻蟻中的螻蟻何必在乎那兩三個0呢……
————————宇宙與人的分割線————————
宇宙空蕩蕩，這是從我們人類的角度説的。我們人類是一種密度很大——沒錯——就是密度很大的生物。構成人類的物質，每立方厘米大概有10的23次方個原子。整個宇宙的密度呢，目前估算還談不上準確。大概是每立方米0.1-10個氫原子。雖然宇宙中有很多物質比人類密度大，但總的來説，人類自身是宇宙中的高密度物質。不僅比大部分空間的密度大，比星雲的密度大（星雲已經是高密度地區了），甚至比許多恆星的密度也要大。從我們這個角度去觀察，自然會説宇宙是空蕩蕩的。但是，既然我們認識到了這一點，就該想到，或許我們把“實”的標準定的太高了，所以覺得宇宙很空。但如果我們換個思路，換個視角，設想一下宇宙中或許有很多密度很低的觀察者。他們未必就認為宇宙很空。比如説某些星際生物，漂浮在氣態行星的上層，或者乾脆生活在宇宙空間，身體龐大到上億公里。從他們的角度看，或許宇宙不僅不空曠，反而很擁擠呢，沒準他們一轉身就會“碰到”另一個低密度生物。至於我們人類和地球，在他們看來或許就是堅固但微小的礁石。讓你從他身體裏穿過去也沒什麼。
當然，在我們看來，低密度生物似乎有個致命的問題——那麼低的密度，如何連接身體的各部分？分子之間不相鄰怎麼維持生命的運轉？
這實際上涉及到另一個定義——什麼是“挨着”？我們説我“碰到”了一個分子，是真的“碰到”了麼？無非是我們手按上去的時候，電磁力互相排斥，把我們的手擋住了。所以我們説“碰到”了。換句話説，你碰到一個東西，無非是碰上了“場”。或是電磁場或是引力場，總之就那麼4種基本作用力。一個物體“存在”，就是體現為對各種“場”的反應。對於物理學家來説，“場”就像椅子一樣實在。從這個角度説，宇宙一點都不“空曠”。我們能看到星光閃耀，就是電磁場穿越上百億光年的空間，和我們的眼睛互相作用。至於引力場，星球和星系大範圍的磁場。那更是無所不在。我們是高密度生物，所以要很強的場才能讓我們清晰地體會，但對於低密度生物來説，即便在遠離星體的空間內，也可能清晰地感受到星體的引力場、電磁場，在比冥王星還遠幾十倍的地方，就能體會到“強勁”的太陽風。這樣的生物，自然可以用（對人類而言）微弱的電磁場、引力場維持自己身體結構的整體性。從我們的角度來看，那可能就是比地球軌道還大，比太陽系還大的一片“真空”中的微弱變化。在這樣的觀察者看來，宇宙是一個充滿物質的温暖世界。
歸根結底，宇宙不是為我們而生。我們許多對宇宙的描述首先要受限於我們的感官，進而受限於我們感官確定的潛意識。即便我們有了射電望遠鏡，有了中微子測量器，我們依然沒法直觀地想象其他觀察者眼中的宇宙。但我們可以反過來向微觀想象一下。在經典的原子模型中，原子也是個很空曠的地方，一個像蜜蜂那樣大的電子，在一座山那麼大的空間裏，圍繞着中間一個足球大小的原子核飛行。當然我們現在知道原子並不能簡單地用如此經典的模型去形容。但我們至少知道，其實原子也是很“空曠”的。在中子星上，原子核緊緊地排列到一起，每立方厘米的物質有上億噸重。這樣的物質內部也有波動，也有各種作用，未必不會產生基於這種高密度的生物。在他們看來，人類和真空區別不大，他們眼中的宇宙相比會更“空曠”，甚至他們未必能知道地球這種星體的存在。難道説我們就不存在麼？
這都是視角問題。總之，物質本身沒有絕對的一個密度尺度，“宇宙空曠”這個形容詞背後隱含着人類對“通常”密度的一個定義。這樣的定義可以讓我們日常生活便利，但絕對無助於我們考慮宇宙尺度的問題。
以下是題外話，鄭重推送我此前給《宇宙過河卒》寫的一個書評，也和宇宙的空曠有關係。
離家多遠才算遠——《宇宙過河卒》讀後感(馬前卒)
在一個世紀之後，在一場核大戰之後……瑞典成為我們這個星球上最強大的國家。壟斷了核武器和國際維和權利。地球人在瑞典軍隊的監視和保護下重建經濟，修理文物，快樂的發展，同時努力讓自己的國家變成另一個瑞典。
這個設定貌似不出格，地球上的強國如果真的瘋狂到在一場核戰中互相毀滅。那麼可能被核彈忽視的工業國中，瑞典是最強的一個。因為瑞典在保持一個與國力不相稱的軍工體系的同時，幾乎和任何國家都缺乏衝突的理由。因此，瑞典管理着22世紀的地球，中國在這個設定中經歷了幾場戰亂，美國人則念念不忘過去的輝煌，以十倍於100年前的熱情紀念自己的獨立日——可惜別人都忘了。可惜瑞典實在還是個小國，因此只能做一個超然的霸主而不是全面的統治者。
説了這麼多，其實地球上誰當家根本不重要，和後面的故事比起來，地球上這點爛事根本不值一提。這只是外星殖民的一個背景而已——瑞典人感到控制世界越來越難，越來越力不從心。卻找不到一種能替代這種帝國體制的東西。眼看在不遠的將來還有核戰爭等文明淪喪的危險，瑞典政府出面組織向其他星系移民，避免文明被人類自己的爭鬥一勺燴了。
下一個設定就是星際飛船。限於戰後地球的國力，飛船不大。除了到其他恆星系探索的儀器、建立一個自給自足殖民點所需的機械設備外，只能容得下50個成年人生活，男女各半。這個小飛船的關鍵在於外面的一個力場發動機。力場要比飛船大得多，凡是力場掃過的地方，極端稀薄的星際氣體（主要是氫）被全部吸入發動機，聚變後射出。這既保證了高速飛行的飛船不會被星際粒子破壞，也保證了持續的加速度來源。如果要減速的話，這個發動機還可以把發動機反過來噴射。
如果只把恆星和稠密星雲算物質，那麼宇宙其實是個非常空曠的地方。空曠到什麼程度？如果把太陽縮小到一個足球大小，地球就是一個環繞足球繞圈的小米粒，繞的圈子有籃球場那麼大。在這個縮小比例下，最近的恆星還在上萬公里之外。宇宙空的難以想象。但如果你把每立方米一兩個的原子也算進來，那至少在星系內部還是挺擁擠的。移民者的飛船靠常規動力加起速度之後，龐大的力場每秒都可以掃過非常可觀的空間，蒐集起星際氣體給飛船的聚變爐子用。於是加速減速皆如意。
即便如此，最近的恆星系還是太遠了，有類地行星的恆星就更遠，動輒幾十幾百乃至上千光年。以光速飛過去，乘員也老死了。好在人類還有相對論可以利用。上面説的那種飛船，可以把飛船加速到接近光速，因此在飛船內時間越過越慢。幾十年上百年的航程，在飛船裏可能只有幾年。可惜飛船不能以光速撞到移民星球上，必須減速，因此航程的開始和結束段都必須在低速情況下度過，因此，除非被移民的星系完全沒有設立殖民點的可能，否則探險隊就不必回來了——反正回來的時候，地球上認識他們的人已經都老死了。主角乘坐的探險船不是第一艘，之前已經有探險船無法殖民而折回的情況。回來的年輕乘員在到地球上懷舊一番後，許多人強烈要求加入下一支探險隊，因為地球已經不是他們熟悉的那個地球。他們更習慣於在星空中仰望變成一個小光點的太陽系，而不是在一個習俗、風貌和自己年輕時完全不一樣的地球上，和曾孫一起生活。
相對論的另一個效應是質量增加。隨着飛船越來越接近光速，質量也近乎無限的增加。這決定了飛船在稠密星雲中的飛行狀態。在沒有摩擦力的宇宙中，動量守恆是不可違反的定律，權威甚至高於相對論。當飛船飛入稠密星雲的時候，力場瞬間蒐集到大量的物質——也蒐集了它們的動量。在把這些物質聚變並噴出去之前，飛船必須先減速才行。這個負加速度的大小取決於星雲的稠密程度，也取決於飛船的質量。飛船質量在足夠大之前，撞上稠密星雲，近乎於撞上一堵牆。
主角所在的飛船就不幸地撞上一小片星雲，或者説宇宙中一小塊物質稠密區。這片物質不算太稠密，因此飛船沒有被撞毀。但這片物質又太稠密，以至於在飛船損壞了反向噴射裝置。損傷其實不大，一個減速裝置算什麼，飛船可是為一個自給自足的殖民地準備了全套機械工業儲備。但問題在於必須出倉修理。出倉修理不能開着力場，因為力場會殺了所有出倉者，但也不能關了力場，因為迎面飛來的星際物質沒有力場的遮擋，也會秒殺修理工。結果……飛船隻能繼續在向後噴射的情況下開着力場引擎——只有繼續加速才能活下去。他們不可能停在任何一個恆星周圍，必須無休止的在宇宙中游蕩，或者撞上一顆恆星自殺。當然，由於飛船內時間過的很緩慢，他們完全可以再活上幾百萬年，比其他人類乃至整個人類文明都可能活得久，但對於飛船內部的人來説，這只是十幾年，至多幾十年。他們被判了無期徒刑。
探險隊因此陷入一片混亂，作為警官而不是工程師或船長的主角被迫出面鎮壓。主角出身在底層社會，一步步爬到上校，最大的優點是冷靜和求生慾望強。他首先承認只能加速的現實，然後軟硬兼施，逼全船人和他一起尋求逃生的機會。
現在的矛盾在於，關掉力場就要被星際物質殺死，開着力場就要被力場殺死。因此他們必須飛到一個沒有星際物質的地方。什麼地方呢？不太清楚，星系內部肯定不行，星系之間也不一定，因為星系羣（具體到我們這旮旯就是包括仙女星系、麥哲倫星雲和三角星系等約40個星系的集合）可能就是從一團大星雲發展來的，星系之間可能還有殘存的星際物質。比星系內部低，但足以殺人。那麼就飛到星系羣外面去。星系羣還結成更高的組織，超星系羣，如果這個羣內部依然不保險……就再往外面飛。
這個距離用光年計算的話，數量級大概在幾千萬光年到幾億光年之間，以光速或者近光速飛過去就是幾千萬年。為了不至於沒飛到就老死，飛船必須繼續加速，為了將來修好減速裝置而繼續加速。讓飛船速度更接近光速，讓飛船內部時間相對更慢。好在飛船還能側向噴射來轉彎。飛船因此先在懸臂之間週轉，再飛到銀河系核心的氣體稠密區去獲得更大加速。到這個時候，飛船已經吸納了足夠多的能量，質量足夠大，以至於一般的稠密氣體造不成什麼衝擊了。除非撞上一顆恆星，否則飛船會一直飛行。
撞上恆星的概率當然存在，操縱如此困難的飛船無法通過扭曲的光學觀測（速度太接近光速，觀測困難）來玩微操。但恆星密度實在太低，低到一條橫穿宇宙的隨機曲線基本上沒啥機會穿過一個恆星，因此飛船在銀河系裏橫衝直撞，飛到星系外頭髮現氣體還存在，就繼續橫衝直撞的往外飛。從飛船外部的視角來看，一個質量越來越大的飛行物以近光速在橫穿宇宙，飛了幾千萬年，從飛船內部視角看，他們只是正常飛行了幾個月。
飛過了一個又一個星系（星系的尺度相對星系之間的空間來説不離譜，隨機的飛就能碰到星系，但兩個星系相撞時，幾百億顆恆星難得有一對相撞），他們終於有了足夠的速度，讓時間大大收縮，讓自己能活到飛船飛出超星系羣那一天。
或許在幾億年後（飛船時間差不多一年），他們終於飛到了絕對空曠的宇宙，關掉力場，修好了減速裝置。接下來的事情貌似就是一個完美的結局。25對俊男美女飛進一個星系，尋找一顆可以居住的行星，快樂地傳宗接代，發展文明。
可惜事情沒那麼簡單。他們的速度已經太快，快到一個星系羣內的星際物質不足以減速到讓他們停在這個星系羣內。如果他們堅持在碰到的第一個星系羣減速，最大的可能性就是他們在超星系羣之間的無垠空間“緩慢”飛行（周圍沒有物質供加速減速）。老死在星系之間。他們必須指望自己能碰到幾個星系羣連成一條直線又恰好在航線上的情況。
這樣的情況只能博人品，博人品的本錢就是足夠的星系羣樣本。要碰到足夠多的星系羣樣本就要飛的更遠，要飛得更遠還不至於老死只有一個途徑——飛的更快。於是警官先生繼續他的僭主政治，把所有人動員起來實施更瘋狂的計劃。為了停下，他們讓自己越來越快，越來越接近光速，時間流逝越來越緩慢。這讓我想起了一個傳説中的賭徒，他走進賭場和莊家玩大小點，每輸一次他都把賭注翻一倍，只要贏一次就全部撈回。賭徒能這麼做的前提是有無限的資金。在這個故事裏，警官先生顯然有無數的資金——時間可以揮霍，反正愛因斯坦站在他一邊，速度越快，時間越緩慢。
但這裏還有另一個問題，萬一莊家的錢不夠你的賭注怎麼辦？賭博還是必須停止。宇宙作為莊家，也是有壽命的。恆星在一代代的傳承中，消耗盡星際氣體，把氫元素轉變成接近鐵的重元素。宇宙整體上根據物質密度不同，在大爆炸之後或者越來越稀疏，越來越死寂，或者越來越密集，重新聚集在一起。這艘飛船飛的如此之快，億萬年在時間變化效應下，不過是短短幾個月。
終於有一天，他們發現宇宙中的星際氣體越來越少，大型恆星一個個熄滅，星系之間的距離卻重新變小——宇宙快死了。他們還是沒有找到能停下來的合適星系羣。探險隊開始徹底崩潰，只有僭主警官繼續他無比強烈的求生計劃，繼續尋找可殖民的行星，可當太陽的恆星。只是即使他們停下來，也只能發現充斥着褐矮星和黑洞的死寂宇宙。
真正的純爺們，如果發現宇宙不太適合生存，他們會換一個。現在警官主角把全部希望都賭在宇宙大爆炸前的奇點未必是一個幾何學上的點，周圍或許還有可容下一艘飛船的空間——這艘飛船的質量現在遠超過恆星，甚至可能超過星系，可以在任意稠密的物質中穿行。
作者在這裏不得不開了金手指，讓主角賭贏了。主角贏得了一個新宇宙，一個物理規則和我們這個宇宙差不多的宇宙，他從容地跟上一個看起來和銀河系相似的星系，在高速運行中等到這個星系演化出合適的恆星，然後減速，減速，減速再減速，直到他們進入恆星周圍的公轉軌道。
結局確實皆大歡喜，主角抱着漂亮的大副，坐在新星球的牧場河邊調情，準備生一堆孩子來繁衍種族。頭上是新紀元的星空，身邊是從上一個紀元帶來的美女，整個宇宙等着他們的子孫去填滿，我想不出有啥結局能沒有啥結局能比這個場面更爺們。末路賭徒終於成了英雄。
有快10年沒讀過這麼爽的科幻小説了。除去那些長篇鉅作，只有讀《冰霜與烈火》、《阿西莫夫機器人系列》時有過類似的感受。當然，也可以説我火星了，因為這是70年代作品。發表日期在我父母結婚之前。
好的硬科幻小説，不是把所有細節都面面俱到的作品，那是技術手冊，不是小説。而是能把科學精神和人文精神結合，在極端但在邏輯上説得通的環境下，展示科學和自然之美，展示人類智慧的作品。《宇宙過河卒》就有這種效果。在飛過幾億光年後，觀測員無奈的説“這個星系很像我們老家的麥哲倫星系”。能把麥哲倫星系説成老家，這種冷幽默體現的是宇宙之大，人類的智慧。而飛行到宇宙末日，依然要為幸福的生活戰鬥，這才是真正的好漢。宇宙太大，人類太渺小，需要用這種豁達來忘記小小地球的不快，來保持生活的信心。
好的小説，還能讓讀者和作者一起感受激情，一起體會人類感情的細微之處。我對闊別的家鄉，對已經逝去的家園的懷念，對自己未曾到過的夢中家園的嚮往，早已被每日瑣碎雜亂的生活帶走。作者偏偏能用一個跨越宇宙時空的極端環境來讓我重新體會一下，重新想起20年前坐在燦爛的星空下找衞星的那個小孩。感謝作者，感謝翻譯者，感謝科幻世界。
馬前卒向同為宇宙灰塵的作者致敬！
波爾·安德森（Poul William Anderson）(1926年11月25日—2001年7月31日)，美國科幻界的元老級作家，是黃金時代湧現出的優秀作家之一。他1926年11月25日出生於美國賓夕法尼亞州的布里斯托市，父母原籍北歐斯堪的納維亞半島，二戰爆發前他曾在丹麥，1948年畢業於美國明尼蘇達大學物理系。大學畢業後，他放棄了從事物理學工作，開始創作科幻小説。2001年7月31日因癌症逝世，享年74歲。
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