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翻譯：王啟儒

校對：牧夫天文校對組

后期：李子琦

責(zé)任編輯：王啟儒

宇宙是在不斷膨脹的，而且是加速膨脹，這個(gè)觀點(diǎn)早在上世紀(jì)50年代就已證實(shí)。與此同時(shí)，細(xì)心的你是否發(fā)覺，我們每晚看到的繁星，都是跨越數(shù)億年來到我們眼前，也就是說我們看到的是數(shù)億年前的它們，恒星發(fā)出光線的同時(shí)，宇宙也在膨脹，這又導(dǎo)致星系之間的平均距離在增大。

綜上，我們或許無法確定眼中的恒星離我們具體多遠(yuǎn)嗎？當(dāng)然不是，天文學(xué)家總結(jié)多年來的觀測數(shù)據(jù)，建立起一個(gè)能夠體現(xiàn)宇宙膨脹歷史的宇宙學(xué)模型，以此來解答宇宙在特定時(shí)間內(nèi)膨脹了多少。剩下的就交給小學(xué)數(shù)學(xué)了。

星系的中心，主要是暗物質(zhì)

Credit：thetimesofinnovations

這個(gè)模型便是LCDM，它充分考慮了暗物質(zhì)和暗能量的影響。通過計(jì)算，我們可以得出在137.7億年宇宙年齡的基礎(chǔ)上，當(dāng)前觀測的極限范圍在450億光年，這一極限范圍被天文學(xué)家們起名為：共動(dòng)視界（comoving horizon）。

但等一下，450 億不是比 137.7 大嗎？這是否意味著宇宙的膨脹速度超過了光速？是的，你沒有看錯(cuò)。

一張以太陽系為中心的宇宙星圖（藝術(shù)概念圖）。

Credit：universe today

但這并不是什么大問題。因?yàn)楣馑傧拗苾H適用于局部觀測——我永遠(yuǎn)都不會看到一艘火箭從我眼前以超過光速的速度呼嘯而過。這便是狹義相對論的精妙之處：對于那些處于宇宙邊緣的天體，它們可以擁有任何速度，因?yàn)樗鼈兙嚯x我們十分遙遠(yuǎn)。

其實(shí)早在LCDM模型之前，我們就有辦法計(jì)算出任意天體當(dāng)下的速度——紅移現(xiàn)象——來實(shí)現(xiàn)。如果一個(gè)星系正在遠(yuǎn)離我們，那么其發(fā)出的光線會向電磁波譜中的紅端移動(dòng)。這正是埃德溫?哈勃最初發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹的方式。在一個(gè)膨脹的宇宙中，距離越遠(yuǎn)的天體退行速度越快，因?yàn)樗鼈兣c我們之間的空間越多，膨脹的效應(yīng)也就越顯著。而轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即天體退行速度超過光速的位置，就在哈勃距離處，也就是 137.7 億光年開外。

我們?nèi)匀荒軌蚩吹侥切┬窍?，因?yàn)樗鼈儼l(fā)出的光線是在很久以前，距離我們還很近的時(shí)候發(fā)出的。而且，如果我們等待的時(shí)間足夠長，我們?nèi)匀豢梢钥吹剿鼈儽澈蟮钠渌窍?，因?yàn)橥瑯拥?，那些星系在過去也離我們更近。但是存在一個(gè)極限，它被稱為宇宙學(xué)事件視界。其距離大約為 170 億光年。任何在此距離之外的天體此時(shí)此刻所發(fā)出的光線將永遠(yuǎn)無法到達(dá)我們這里，無論我們等待多久。

不要過于悲觀，因?yàn)橛砂的芰恐鲗?dǎo)的加速膨脹讓情況有所改觀。宇宙學(xué)事件視界在未來將會繼續(xù)擴(kuò)大，但最終會達(dá)到大約 600 億光年的極限。但這并不意味著我們能夠看到所有事物。來自最遙遠(yuǎn)星系的光線會發(fā)生紅移，波長變得如此之長以至于它們實(shí)際上從我們的視野中消失了。大約在不遠(yuǎn)的將來（1000億年后），本地星系團(tuán)之外的所有星系都將永遠(yuǎn)從我們的視野中消失。

『天文濕刻』 牧夫出品

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