宇宙是有中心的,银河系正在以每秒600公里的速度朝一个未知目的地前进,这个速度是相对于整个宇宙的而言的,在宇宙中所有的物体都在运动,而我们却浑然不知,这是因为我们相对于宇宙来说几乎是静止的。
如果把人比作一个点,那么这个点的运动方向和速度,取决于人所处的大尺度结构——就像陀螺上的一只蚂蚁,蚂蚁的自转和公转我们都能看见,但如果把视角拉到整个陀螺台面,蚂蚁的运动轨迹就只是一个圈,至于蚂蚁是往哪个方向爬、速度多快,要看的其实是陀螺整体的旋转,而不是蚂蚁本身。
人在地球上感觉地球不动,是因为你和地球一起转,相对速度为零,但如果突然有个外星人从太空把你拎走,外星人看你的第一反应大概是“我怎么动了”——这就是参考系的切换,宇宙里也一样,得先确定“你”是谁,才能谈“动”还是“不动”。
地球绕太阳转,太阳绕银河系的中心转,银河系和仙女座大星系等一起构成本星系群,再一起往某个未知方向运动,每一层的“速度”都不是孤立的,都依赖于你站在哪个更大的结构上看。
70年代科学家通过宇宙微波背景辐射绘制宇宙地图时,发现了一个意想不到的细节:银河系的速度好像不太对劲。在太阳系里完全感觉不到,可一旦把尺度拉到银河系本身甚至更大的本星系群,就能看出有些地方引力有点怪。
当时大家以为银河系速度异常是测量误差,后来反复验证后才不得不接受:银河系正在以每秒约600公里的速度,朝着一个我们完全看不见的目的地前进,这个速度是相对于整个宇宙而言的——换句话说,宇宙没有绝对静止的参考点,连“背景”都在动,哪来的“绝对不动”?
我们以为的静止,其实只是刚好站在了某个层次上而已,坐在地球上的人,感觉地球不动;而地球上的一切,又跟着地球一起绕太阳转,太阳又带着整个太阳系绕银河系的中心转,银河系本身又属于更大的本星系群,和仙女座大星系等一起朝着未知方向运动。
每一层的“速度”都不是孤立的,都依赖于你站在哪个更大的结构上看,在太阳系内完全感觉不到银河系的速度变化,可一旦把尺度拉到银河系本身,就能看出有些地方引力有点怪。
这种“相对静止”的错觉,本质上是因为我们的尺寸和宇宙相比太小了,就像一粒沙子看整个地球,沙子觉得地球永远不动,实际上地球每秒转几百米带着沙子转,每秒几百万米绕太阳转,整个太阳带着整个太阳系以每秒几百公里的速度绕银河系的中心转——但这些都只有在你“站在银河系外看”的时候才明显,你在地球上,只能看到你和地球之间的相对速度,那几乎是零。
更大的问题在于,这个“目的地”到底是什么?目前唯一能解释银河系高速运动现象的理论,是引力异常,简单说就是宇宙中有些地方的引力比计算的要强一些,有些地方则弱一些,像一块巨大的“磁铁”或者“漏斗”,在拉着周围的物质往引力异常区域那里去,我们的银河系,正好被这种异常拖着走。
这种引力异常的来源,科学家猜测是一个或几个巨大的暗物质团块,或者是某个密度极高的巨型星系团,这些天体结构位于离我们几亿到几十亿光年之外的地方,那里的物质正以极高的速度向一个未知的“巨引源”跌落,这个巨引源本身又被更大的结构拖着走,于是带着整个本星系群一起运动。
这里有个有意思的问题:如果所有的天体都在运动,那我们怎么知道哪个方向是“静止”的?答案是没有绝对静止,只有相对运动,我们说银河系以每秒600公里的速度运动,是相对于某个特定的参考系——这个参考系就是宇宙本身,或者说宇宙中最遥远的背景。
但银河系的这个速度在更小的尺度上看就消失了:你和我坐在客厅里,相对速度为零;地球和太阳之间,相对速度也几乎为零;只有当你把眼光拉到足够大的尺度上,这个“600公里每秒”才会显现出来,所以说“银河系正在以每秒600公里的速度朝一个未知目的地前进”,这句话严格来说不太准确。
准确的说法是:我们无法通过任何观测手段,确定这个“目的地”的方向和速度,因为一旦你离开本星系群,这个速度就消失了,这个速度只是一个相对于某个超大尺度结构的“有效读数”,而不是一个可以独立存在的物理量。
本星系群和仙女座大星系等几个星系一起,构成了一个更小的星系群,直径大约1000万光年,我们的太阳系只是其中一个很小的部分,而本星系群又属于更大的室女座超星系团,室女座超星系团只是拉尼亚凯亚超星系团的一小部分,而拉尼亚凯亚超星系团本身只是宇宙中巨大大尺度结构的一部分。
在这个层级结构中,每一个结构都有自己的运动轨迹和方向,而最大的方向和轨迹,由更大的结构决定,就像河流里的水滴:水滴自己有湍流,但水滴整体的方向和流速由河流决定,而河流本身又由地形决定,卫星绕地球转,地球绕太阳转,太阳绕银河系的中心转,银河系属于本星系群,本星系群属于室女座超星系团,室女座超星系团属于拉尼亚凯亚超星系团——每一层都决定了下一层的运动方向。
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