本系列文章預計會有30個章節，這套文獻將系統講物理學系統本身，這里是第九季第4篇
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Hello，大家好，這里是Masir的物理學第九季專欄，本篇我們來談一個關于宇宙學的腦洞。
你有沒有想過我們所生活的宇宙有可能是一個大腦??！或者你相信嗎？
這次我們打開腦洞來聊聊這個話題，宇宙學~
我記得以前見過一張圖（下篇會提到），說是人的大腦神經網絡和宇宙的星系之間的脈絡非常相似，甚至很多學派認為宇宙其實就是一個人的大腦，也可以成為上帝的brain。
而當時我的態度只是懷疑，也是不是不信，因為站在人類認知才起步的階段，你無法去預測幾百年甚至幾千年之后的是不是真的被證明。
不過最近有一個發現，我覺得你也有必要了解下，這也是今年我在萬sir的精英日課所了解到的。
前提是，這只是一個猜想??，或是一場思想旅行。
而天文學家發現了一些很重要的事實，讓這個猜想顯得特別有意思——我們只需要保持開放即可。
在此之前，為了深入理解，我們本節還是需要打點基礎，先來了解一下宇宙的結構。
1
宇宙的結構
對我們現在來說，地球之外是太陽系，太陽系之外是銀河系，然后河外星系，甚至是外星系...
雖然這只是個常識，但是這個知識直到100年前，天文學家才確定太陽系之上還有一個更大的結構是銀河系，60年前才確定銀河系是旋渦狀的，而且直到現在我們也不清楚銀河系到底應該是什么樣子的。我們現在看到的所有銀河系的圖片，都還只是天文學家的猜測而已。
一般情況，某個天體或是天文學系統，距離我們越近，我們就能研究得越清楚。但是銀河系例外，因為我們就在銀河系里面。不識廬山真面目，只緣身在此山中。
（地球上看銀河系的樣子）
我們先來看看，我們在地球上看到的銀河系是什么樣子的。我在文稿里面提供了一張站在地球上看銀河的照片。銀河就是銀河系里主要恒星聚集的地方。
銀河之所以叫銀河，就是在夜空中有那么一條帶狀區域非常亮，聚集了很多星星，就像是夜空中的河流一樣。銀河是我們國家的說法了，在西方國家，銀河叫做Milky Way，就是一條道路上灑滿了牛奶的意思。
不論是河流，還是道路，其實都是一樣的，都是說看起來像一條帶子。你能靠這個照片還原出銀河系真實的樣子嗎？
不行吧，別說你了，就是天文學家也不行。
（弗里德里希·威廉·赫謝爾爵士，圖片來自維基百科）
第一個嘗試對銀河系結構作出描述的是赫歇爾，就是那個18世紀發現天王星的天文學家。他能發現天王星，是因為他的望遠鏡是當時最強大的。既然有了這么一個有力工具，他肯定不滿足于發現天王星。所以，他就想著是不是可以做些更宏大的事情，那就是把銀河系的樣子描繪出來。
他的做法呢，就是用自己的望遠鏡??把全天的恒星數一遍，不光數，還會去估計恒星的距離。這樣，就可以把恒星和太陽的相對位置畫出來了。如果測得夠精確的話，銀河系的樣子就可以畫出來了。
于是他就按照這個想法，做了1000多次觀測，一共觀測了11.8萬顆恒星。但是最后畫出來的銀河系是什么樣子呢？根本沒有一點旋渦的樣子，看起來就像是一個沒有裁剪過的羊皮。
赫歇爾可是當時最有名的天文學家了，用的還是當時最先進的望遠鏡，仍然只能得到這樣一個結果。而且在后來的100年內，沒有人對銀河系的了解可以超過赫歇爾。
所以你應該了解了，如果只從地球一個視角出發，還原出銀河系的樣子，那真的是非常困難的。如果想要真的解決這個問題，必須尋找一個外部視角才行。可是怎么才能找到外部視角呢？這就又要用到宇宙學原理了，不過這次卻是反過來用了。
一般天文學利用宇宙學原理，都是把身邊發現的規律推廣到宇宙的更遠處。而對于銀河系，則是通過觀察遠處的其他星系，把從它們身上觀察到的特征反過來用在銀河系上。這樣即便是我們沒有離開過銀河系，仍然可以用外部視角來研究銀河系到底是什么樣子的。
其實在赫歇爾之前，就已經有天文學家發現夜空中除了恒星之外，還有一些天體像一團一團的云霧。天文學家專門給這些天體起了名字，叫做星云。現在我們知道，它們有一部分是銀河系內部的氣體云，有一部分真的是遙遠處的星系。
（仙女座星云，圖片來自維基百科）
但是當時并不清楚星云的距離，所以也不知道這些星云到底是在銀河系內部，還是在銀河系外部。
不過已經有天文學家開始猜想了，這些星云其實就是更遠處的星系。其中最有名的應該是哲學家康德，他憑借著直覺相信仙女座星云，這種有旋渦結構的星云應該就是一個河外星系，河外就是銀河系之外的意思，甚至還在這個基礎上猜想我們的銀河系也是旋渦狀的。
不過，康德的想法沒有任何觀測支持，只算是一個猜想。真正讓人們接受這個觀點，還要等將近200年。
到了1923年，天文學家哈勃用更大口徑的望遠鏡去看仙女座星云，發現它不只是一團云霧，而且是有更精細的恒星結構。
后來還在仙女座星云里面發現了造父變星，造父是我國古代神話里的一個人物。造父變星是一種標準燭光，通過它就可以測量出仙女座星云的距離，至少有100萬光年。
通過這個距離一計算，就發現了仙女座星云的大小，應該和當時已知的銀河系是差不多的，這不可能是在銀河系內部的結構。所以從此開始，仙女座星云改名了，叫做仙女座星系。并且，這也讓天文學家第一次開始認真思考，也許銀河系真的和仙女座星系一樣，有一個旋渦狀的結構。
有了這個外部視角之后，再去看地球視角下的銀河，有的現象就能得到很好的解釋。比如說，雖然天空中的銀河是一條亮帶，但是通過望遠鏡觀察的話，就能發現這條亮帶上物質的密度是不一樣的。在靠近人馬座附近的銀河的密度會比其他地方大很多。這在之前很難解釋。
現在有了外部視角，就很容易理解了。我們看到了仙女座星系不只是呈現旋渦狀，看起來還像是一個飛碟??，中間厚四周薄，中心物質密度大，四周密度小。所以，銀河應該也一樣，密度最大的地方，很可能就是星系的中心。
按照這個思路，就可以找到銀河系的中心，也就是銀心具體在什么地方。
（人馬座和銀河）
經過觀測和計算發現，銀河系的中心，也就是銀心大概是在人馬座的旁邊。然后還有天文學家進行了計算，想看看太陽距離銀河系的中心，也就是銀心有多遠。現在我們知道太陽距離銀心大概有2.5萬光年，銀河系的半徑大概是5萬光年左右。我們其實是在銀河系比較偏遠的位置上。
當時計算的數值沒有那么精確，不過也可以非常確定太陽是在銀河系的一個角落里，距離中心很遠很遠。其實這也算是哥白尼日心說的再一次升級，地球不是太陽系的中心，太陽系也不是銀河系的中心。
銀河系的大體輪廓知道了，銀心也知道了，真實樣貌的還原應該要容易很多了吧，并沒有。因為銀河系中有大量的星際氣體和塵埃，它們是會遮擋住恒星的光芒的。遮擋住之后，對亮度觀測和距離的計算就會不準，而且是物質密度越大的部分越是這樣。
你可以隨便看一張夜空中銀河的照片，你就會發現，銀河這條星帶的中間應該是密度更大、恒星更多，但是偏偏越靠近中間越黑。這就是因為這部分星際氣體或塵埃太多，擋住了恒星的光芒。所以，本來恒星越多，越是應該有更多觀察數據的地方，偏偏觀察數據并不多。
要解決這個問題，還要等一項技術突破，那就是射電望遠鏡的發明。其實射電望遠鏡就是我們平時見到的雷達。
在1932年，一位美國的無線電工程師央斯基在調試自己的無線電雷達的時候，接收到了一個奇怪的信號。這個信號傳遞的方向上沒有發現任何的信號源，而且總是指向人馬座方向。
后來確定了，這就是來自銀河系中心的無線電信號。
2
銀河系的結構
