宇宙间最悲凉的事情：97％永不可及

Alexander

若一颗星的星光走到你眼中需要100年时间，那么这颗星就在100光年之外，因为光速是恒定的，但若一个星系的光线走到你眼中用了1亿年时间，那么你看到的就不是一个1亿光年之外的星系了——它实际上比这还要远得多！

　　原因是，在最大的宇宙尺度层面——物体不再被引力束缚下形成星系、星群和星团——宇宙是在不断膨胀的。

　　也就是说，一个遥远星系的光子进入你的眼中所经过的距离越长，那么不但该星系距你就更远，而且这个距离还大于所对应的光年数。

　　这就是宇宙红移效应。

　　由于光在发射过程中会释放特定能量，因此具有某种特定的波长，我们完全可以认为，它可以以同一波长抵达目的地。

　　如果宇宙结构既不膨胀也不收缩，而是恒定不变的，那么，这一波长也不会改变，但如果宇宙正在膨胀，那么这个空间结构就是不断延展的，这样一来，上述光线的波长就会变长。

　　一个遥远宇宙光源的红移度让我们得以一窥该光线从离开光源到被我们观测到的时间内，宇宙膨胀了多少。

　　通过对距离各不相同的大量光源进行观测，找出它们的红移度，随后测出其固有大小与视大小之比，或是故有亮度和视亮度之比，我们可以以此重构宇宙的整个膨胀史。

　　测量宇宙距离所用的标准烛光（左）和标准尺（右）

　　另外，由于宇宙膨胀方式由其中所包含的各类物质与能量所决定，我们可以测出宇宙的组成：

　　·68%的暗能量，相当于一个宇宙常数

　　·27%的暗物质

　　·4.9%的普通物质（质子、中子和电子）

　　·0.1%的中微子和反中微子

　　·约0.008%的光子

　　·绝对的空无一物，没有曲率，没有宇宙弦，没有畴壁，没有宇宙纹理，等等。

　　然而，一旦我们知道宇宙的构成如此精确，我们就可以将其应用到（根据爱因斯坦相对论的）万有引力定律上，并预知宇宙的未来命运。当我们首次将其应用到由暗物质主宰的宇宙时，我们的发现颇有些骇人听闻。

　　“大天文台宇宙起源深空巡天观测”（GOODS）中的北天区，其中包含人们有史以来所观测到的最遥远的一些星系，其中很多我们都已经无法企及

　　首先，这意味着，与我们不存在引力束缚的所有星系终将从我们的视线中消失。

　　随着宇宙在没有引力或其他任何力制衡的情况下不停地膨胀、膨胀、再膨胀，这些星系会不断加速离我们远去。久而久之，一个星系就会离我们越来越远，也就是说，该星系与我们之间的空间将越来越大。

　　但由于这一空间持续以一定的非递减的速度膨胀，星系看上去就是因为空间的膨胀而在加速远离我们。

　　事实上，我们和那个星系都并不是在多么快速地移动，而是我们之间的空间持续扩张，导致那个星系在我们视线中越来越小。

　　但它还会不可避免地导致一个更令人不安的结果。它意味着，在某个特定的关键距离之外，由于宇宙结构本身的膨胀，不论是离开我们星系前往某个遥远星系的光子，还是从某个遥远星系朝我们的方向飞来的光子，都永远不会抵达目的地了。

　　宇宙的膨胀速率如此之大，以致于遥远星系将变得无法企及，哪怕我们以光速向它们行进！

　　“大天文台宇宙起源深空巡天观测”（GOODS）中的北天区

　　目前，这一距离“仅”为150亿光年之外。考虑到可观测宇宙的半径约为460亿光年，并假设太空中所有区域均包含相同数量的星系，那么这就意味着，就算我们今天就出发，并以光速行进，那么目前宇宙星系总量中也只有约3%是我们可以到达的。

　　这意味着，平均每过一秒钟就有2万颗星星离开我们可以企及的范围之内。它们在一秒钟前发出的光线有一天也许能抵达地球，但这一秒的光线就再也到不了我们这儿了。这事令人不安，也催人清醒，不过我们也可以用一种更加乐观的方式来看待它：这是宇宙在提醒我们，每一秒是多么珍贵。

　　这是宇宙在告诉我们，若真想跑出“本地”——跑出由引力束缚在一起的仙女座、银河系和大约50个小型卫星星系组成的天体集合，那么每一秒钟的延迟都是又一个机会的流逝。

　　对于可观测宇宙中97%的星系，我们已经无法企及了，但那仍然够得着的3%还是留给了我们数以亿计的选项。能不能探索这些星系就看我们的作为了，赶早不赶晚。