宇宙正在消失，我们没有办法阻止它

Txhhxt 2020-01-29

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大爆炸后，物质、能量和辐射在迅速膨胀的状态下，宇宙几乎完全统一。随着时间的流逝，宇宙不仅由于引力而聚集形成星团，而且在最大的尺度上个体聚合结构彼此无情地飞离。令人不安的是，随着时间的流逝，每个星团都会从你的视线中消失。

自从科学家首次推测宇宙正在膨胀，星系离我们越来越远，而且退去得越来越快。这并不是因为星系在物理上远离我们，而是因为宇宙中充满了引力的物体，这些物体所居住的空间结构正在扩大。

但是，从20世纪20年代开始，这幅图就一直在不断的修改。自从我们第一次意识到这种膨胀正在加速，仅仅20年，随着时间的流逝，单个星系似乎越来越快地离我们远去。到时候，即使我们以光速朝它们走去，它们也会变得遥不可及。宇宙正在消失，我们对此无能为力。

在智利北部的拉西亚（La Silla）天文台看到的银河系，对于任何人来说都是一个令人惊艳、令人敬畏的景象，它为我们呈现银河系中许多恒星的壮观景色。然而，在我们的星系之外，还有数以万亿计的其它星系，难以置信的是它们都在远离我们。

当你看到一束旅行了100年光时，你看到的这颗发光恒星离你100光年远，因为光速是恒定的。但是，当您看到一个星系，它的光是在一亿年的旅程后到达，您所看到的并不是一个相距一亿光年的星系。相反，你看到的是一个远得多的星系！

其原因是，在最大尺度上，那些没有被引力束缚在一起的星系、星系群或星团在宇宙中膨胀。光子从遥远的星系向你的眼睛传播时间越长，宇宙膨胀的作用就越大，这意味着最遥远的星系甚至比它们光所经过的时间还要远。

星系越远，它离我们越快，它的光看起来越红移。今天，随着宇宙膨胀而移动的星系将比它从它发出的光到达我们的年数（乘以光速）还要大。

这表现在宇宙的红移。由于光是用特定能量发射的，因此是一种特定的波长，我们完全期望它也会以特定波长到达目的地。如果宇宙的结构既不膨胀也不收缩，而是恒定的，那么这个波长将是相同的。但是，如果宇宙在膨胀，空间的结构会拉伸，如上面图所示，因此光的波长会变长。这张图片上的最遥远的星系观测到的巨大红移，已得到了验证。

遥远的星系，就像在大力神星系团中发现的星系群一样，不仅已经红移并远离我们，而且它们明显的消退速度也在加速。最终，我们将无法接收到它们的光。

但是，我们能做的远不止确定宇宙已经膨胀并继续膨胀。我们可以利用我们收集的所有信息来得出结论，宇宙是如何在其历史中膨胀的，这反过来又告诉我们是由什么组成宇宙。

一旦光离开一个遥远的宇宙源，膨胀的宇宙就会延伸光的波长。这导致红移，当宇宙的不同组成部分（如暗能量、物质或辐射/中微子）更重要时，较远的物体将处于较长的时间位。

测量宇宙大距离的两种最成功的方法是基于其表面亮度（L）或其表面角尺寸（R），这两种方法都是直接可观测到的。如果我们能够理解这些物体的内在物理特性，我们可以将它们用作标准蜡烛（L）或标准标尺（R），以确定宇宙在宇宙历史中是如何膨胀的，并了解宇宙由什么组成。

通过在一系列距离上测量光源源，发现它们的红移，然后测量其内在对表观大小或内在对表观亮度，我们可以重建整个宇宙的膨胀历史。

此外，由于宇宙的膨胀方式是由宇宙中存在的各种物质和能量决定，因此我们可以了解宇宙是由以下物质组成的：

68%暗能量，相当于宇宙常数，
27%暗物质，
4.9%正常（质子、中子和电子）物质，
0.1%中微子和反中微子，
约0.008%的光子，以及
绝对没有别的，包括没有曲率，没有宇宙弦，没有域墙，没有宇宙纹理，等等。

过去不同时期宇宙中不同能量成分的相对重要性。请注意，当暗能量在未来达到接近100%时，宇宙的能量密度（因此，膨胀速率）在时间上将保持任意地保持恒定。由于暗能量，遥远的星系已经加快了从我们这里明显消退的速度。

一旦我们知道宇宙的精确构成，我们就可以简单地将它应用到引力定律（由爱因斯坦的广义相对论给出），并确定我们宇宙的未来命运是什么。当我们第一次将这个应用于发现一个暗能量主导的宇宙时，我们的发现令人震惊。

首先，这意味着所有尚未受到引力约束的星系最终都会从视野中消失。随着宇宙的不断膨胀、膨胀和再膨胀，它们会以越来越快的速度离开我们，不受引力或任何其他力量的抑制。随着时间的流逝，一个星系会越来越遥远，这意味着这个星系和我们自己之间的空间越来越大。由于空间继续膨胀，星系似乎以越来越大的速度移动。

这里显示的GOODS-North调查包含一些迄今观测到的最遥远的星系，其中一些星系的距离得到了独立确认。在这张图像中拍摄的许多星系已经无法到达，即使我们今天以光速旅行。

但有一个必然的结论，该结论更令人不安。这意味着，在离我们特定的关键距离上，空间结构本身的膨胀使得光子要么离开我们的星系走向遥远的星系，要么离开一个遥远的星系朝我们行进，将永远无法到达我们星系。宇宙的膨胀速度如此之大，以至于即使我们以光速行进，我们也无法接近遥远的星系！

目前，这个距离'只有'大约150亿光年。如果考虑到我们可观测到的宇宙半径约为460亿光年，并且所有空间区域（平均和最大尺度上）包含相同数量的星系，这意味着即使我们今天以光速旅行，我们能到达的星系只占宇宙星系总数的3%左右。

宇宙的可观测（黄色）和可到达（洋红色）部分，在我们可观测的宇宙中，97%的星系都包含在洋红色圈之外；只有3%在洋红色区域内。

这也意味着，平均而言，每秒有两万颗恒星从可到达过渡到无法到达。一秒钟前发出的光总有一天会到达我们，但一秒钟后发出的光，却永远不会到达我们的星系。这是一个令人不安结论，但也有一个更乐观的方式看待它：这是宇宙提醒我们，一定要珍惜每一秒。这是宇宙告诉我们，如果我们想要超越我们自己的本地组，超越由仙女座、银河系和大约60个小卫星星系组成的引力约束的天体集，我们一刻也不能延误，每延误一刻，我们都会失去一个接近机会。