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天文学家发现:宇宙中98%的星系,已经永远不可能被看见了

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每当晚上抬头仰望夜空,我们能看到的星星,其实只是银河系里面很小一部分恒星。在银河系之外,还有数不清的星系,每一个星系都包含上千亿颗恒星。以前大家以为,随着望远镜技术越来越强,只要不断升级设备,我们早晚能看到宇宙里几乎所有星系。

但是近些年宇宙学研究得出了一个让人震撼的结论:在整个可观测宇宙里面,大约98%的星系发出的光,未来永远没有机会抵达地球。也就是说,不管我们造出多么厉害的望远镜,都再也看不到它们。不是这些星系消失了,而是宇宙膨胀的速度,已经超过了光跨越距离的能力。

很多人第一次听到这个说法,会产生不少疑问。宇宙为什么会膨胀?光不是宇宙里速度最快的东西吗,怎么会追不上?剩下那2%能被我们观测到的星系,又是哪些?这件事对我们普通人来说,意味着什么?

这篇文章不用复杂公式,全部用大白话讲清楚宇宙膨胀、光的传播边界,把这个天文发现背后的逻辑、常见误区一次性讲明白。不夸大,不编造外星故事,只讲现代宇宙学的研究结论。

一、先纠正一个最普遍的误解:不是星系在空间里飞,是空间本身在拉伸

大部分人理解宇宙膨胀,都会想象成一场爆炸,所有星系像碎片一样,往四周的空间高速飞散。这个模型是错的。

宇宙膨胀,是空间本身在不断拉伸变大。我们可以拿一块葡萄干面包来打比方。面包面团就是宇宙空间,葡萄干就是各个星系。面团放进烤箱烘烤,面团整体膨胀拉伸,葡萄干之间的距离会越来越远。

葡萄干本身没有在面团里面四处跑动,是面团变大,把葡萄干互相拉开。离得越远的两颗葡萄干,相互远离的速度就越快。宇宙也是同样道理,距离地球越遥远的星系,因为中间空间拉伸得更多,和我们拉开距离的速度就越快。

光在空间里传播的速度是固定的,也就是光速。但是如果两个天体之间的空间拉伸速度,超过了光速,那边星系发出的光,无论怎么传播,都没办法跨越这段持续被拉长的距离。光一直在赶路,但是终点一直在以更快速度后退,永远到不了地球。

这里要说明,这个现象并不违背相对论。相对论限制的是物体在空间内部的运动速度不能超过光速。空间本身的膨胀拉伸,不受这个限制。空间膨胀可以让遥远星系,相对于我们的退行速度超越光速。

很多人听到“超光速”就觉得科幻,其实这是现代宇宙学标准模型里面公认的结论。

二、可观测宇宙是什么?我们能看到的宇宙范围有多大

很多人会混淆两个概念:整个宇宙,和可观测宇宙。

整个宇宙到底有多大,目前科学界还没有确定答案,有可能是无限大。而可观测宇宙,是以地球为中心,光有足够时间飞到地球的球形区域。宇宙诞生至今大约138亿年,理论上,最早发出的光最多跑138亿光年。但因为宇宙持续膨胀,当年发光的天体现在已经被空间拉到更远位置,现在可观测宇宙的半径大约465亿光年。

这个球体范围里面所有天体,发出的光,有机会抵达地球。超出这个范围的光,至今还在路上,或者永远无法到达。

很多人会简单理解:可观测宇宙里面的星系,我们都能看到。但事实并不是这样。可观测宇宙还要分成两个部分。一部分星系发出的光,未来能够抵达地球;另一部分星系现在发出的光,哪怕给无限长的时间,也永远到不了我们这里。

天文学家计算得出,在可观测宇宙当中,大约只有2%的星系,它们现在发出的光,未来有机会到达地球。剩下98%的星系,已经越过了一道宇宙边界,它们当下发出的光线,永远无法抵达地球。

注意关键词:现在发出的光。这些星系过去很早之前发出的光,已经在宇宙中传播,未来还会陆续到达地球,我们未来的望远镜依旧能收到那些古老的光。但是从此时此刻往后,这些星系新产生的光,再也到不了地球。我们只能看到它们遥远过去的样子,再也无法看到它们现在和未来发生的一切。

举个通俗例子:一个很远的星系,它在几十亿年前发出的光,正在漫长旅途当中,再过几十亿年,这束光会到达地球,我们能看到它几十亿年前的模样。但是就在这一刻,这个星系新发出的光,因为空间膨胀拉远距离,永远无法抵达。我们只能看见它的历史,再也看不到它当下和以后的变化。

三、这道决定命运的边界:宇宙事件视界

决定星系能不能被我们看见的界限,叫做宇宙事件视界,很多人会把它和黑洞视界弄混,两者不是一回事。

黑洞的事件视界,是黑洞内部的光,无法逃出黑洞引力。而宇宙事件视界,是宇宙膨胀造成的边界。在这个边界以外,任何事物当下发出的信号,无论光、电磁波,都永远无法传到地球。

随着宇宙不断加速膨胀,这个视界的范围不会扩大到无限。越过这条边界的星系,就永久和我们失去了因果联系。简单说,那边发生任何事情,永远无法以任何方式影响地球,我们也永远无法向那边发送任何信息。

有人会问,既然宇宙一直在膨胀,这个视界会不会慢慢变大,把更多星系重新纳入进来?研究结论是,宇宙现在是加速膨胀。空间拉伸的速度越来越快,宇宙事件视界最终会稳定在一个固定大小,不会继续扩张。未来,越来越多星系会跨过这条边界,慢慢退出我们的宇宙视野。

在非常遥远的未来,几百亿年之后,天上大部分星系都会消失。到那时候,如果还有智慧生命生活在银河系,他们仰望星空,除了银河系本身以及少数几个邻近星系,整个天空将几乎是空的。他们的天文学家,甚至很难推测宇宙曾经充满无数星系,很难知道宇宙膨胀这件事。

四、为什么宇宙会加速膨胀?暗能量到底是什么

一百多年前,天文学家普遍认为,宇宙膨胀会在引力作用下慢慢减速。星系之间引力互相拉扯,膨胀速度逐渐放缓,未来有可能停止膨胀,甚至收缩坍缩。

直到上世纪90年代末,科学家通过观测遥远超新星,意外发现宇宙膨胀不是减速,而是加速膨胀。这个发现震惊了整个天文学界。

为了解释加速膨胀,科学家提出了暗能量。暗能量占据宇宙总能量大约68%,它均匀分布在整个空间,产生一种排斥力,推动空间持续拉伸。我们看不见暗能量,不能直接捕捉它,只能通过宇宙膨胀的效应感知它的存在。

目前人类还没有搞清楚暗能量本质是什么。它有可能是空间本身固有的能量,也可能是某种我们还没发现的物理场。只要暗能量持续存在,宇宙加速膨胀就会继续,越来越多星系会跨过宇宙事件视界,永久脱离我们的观测范围。

很多人会担心,暗能量会不会把一切撕碎,把地球、原子全部拆开。这个叫做大撕裂假说,只是众多猜想中的一种,目前没有足够证据支持。主流观点认为,暗能量大概率不会破坏银河系这类引力束缚在一起的系统。银河系内部引力足够强,可以抵抗空间拉伸,银河系不会被膨胀拆散。太阳系、地球,也不会因为宇宙膨胀解体。宇宙膨胀拉开的,是星系和星系之间巨大的虚空。

这一点很关键:宇宙膨胀作用在星系之间巨大空旷区域。被引力牢牢绑定在一起的星系、恒星、行星系统,不会被空间拉伸拆散。

五、剩下2%可以持续观测的星系,都是哪些

那2%,也就是当下发出的光未来可以抵达地球的星系,基本都离我们相对更近。主要包括银河系的卫星星系,仙女座星系,还有本星系群、本超星系团内部的邻近星系。

本星系群内部,引力战胜了宇宙膨胀的排斥效应。仙女座星系不但没有远离我们,反而正在朝着银河系靠近,大约45亿年之后,仙女座会和银河系碰撞融合,合并成一个更大的椭圆星系。

这些近距离星系,引力把它们牢牢拉住,不会被宇宙膨胀拉开。它们现在发出的光,未来可以顺利传到地球。只要我们的望远镜还在,就可以持续观测它们未来的演化。

除了本星系群,附近超星系团内少量星系,也属于这2%的范围。再往外,绝大多数星系,都已经跨过事件视界。

六、关于这个发现,5个大家最容易搞错的误区

误区一:98%星系已经消失,毁灭了

不是消失。星系本身好好存在,恒星依旧在发光,星系内部一切照常运转。只是它们新发出的光线,再也无法跨越不断拉伸的空间抵达地球。星系还在那里,只是我们再也接收不到它们此刻和未来的信号。我们依旧能收到它们很久以前发出的古老光线。

误区二:只要造出更强望远镜,就能看到更多远方星系

望远镜能力变强,可以捕捉更微弱、更古老的光,看到这些星系遥远过去的样子。但是,再强大的望远镜,也没办法接收到那些星系现在新发出的光。物理规则限制死了,不是设备问题。

误区三:宇宙加速膨胀,所有星球都会互相远离

不对。引力占上风的系统不会分开。银河系、太阳系、地球,靠引力绑定,不会被膨胀拉开。只有星系之间距离足够巨大,引力微弱,暗能量的排斥力占据主导,才会互相加速远离。

误区四:光速被宇宙膨胀改变了

真空光速数值不变。变化的是星系和地球之间的空间,空间持续拉伸,拉长光的传播路程,光跑不过不断变长的距离。

误区五:这件事短期内就会影响我们看星空

不用紧张。星系慢慢退出视野,是几十亿、上百亿年尺度的缓慢过程。人类文明短暂的时间里面,肉眼看到的星空几乎不会变化。我们这辈子,不会亲眼看见哪个星系在夜空消失。

七、我们现在看到的星系,全部都是它们过去的样子

光传播需要时间,这是天文观测最基础的特点。距离我们100万光年的星系,光跑100万年到达地球,我们看到的画面,是这个星系100万年前的模样。

我们看向宇宙深处,就是在回看宇宙的历史。哈勃望远镜、韦伯望远镜,捕捉的都是遥远星系很久之前发出的光。很多我们现在拍到的极远星系,它们现在的模样,我们永远无法知晓。它们当下发出的光,再也不会到地球。

韦伯空间望远镜,能够捕捉宇宙诞生几亿年后形成的最古老星系。拍到的,是宇宙幼年时期的画面。而这些星系现在的状态,永久对我们封闭。

很多人感慨,宇宙就像一本只能读到前面章节的书。后面的内容,被物理规则锁死,再也没有机会翻开。

八、这件事带给我们的思考,宇宙的孤独感

了解到98%星系再也无法被观测,很多人会生出一种宇宙的孤独感。人类再怎么发展科技,也只能探索宇宙当中很小的一部分。宇宙绝大多数区域,永久和我们切断联系。

但换个角度看,我们又是幸运的。我们生活在宇宙还相对年轻的时代,此刻夜空里面,还能看到海量遥远星系的古老光芒。再过几百亿年,未来诞生在银河系的文明,他们抬头,很难发现宇宙大爆炸、宇宙膨胀的证据。他们会误以为宇宙只有孤零零的星系,不知道宇宙曾经无比繁华。

我们刚好生在一个可以观测大量星系、能够发现宇宙膨胀的时代。我们有机会读懂宇宙的一部分真相。

同时也要明白,人类的认知边界一直都存在。物理规则给我们划定了观测的边界,有些东西,无论科技如何进步,都没有办法接触。人类探索宇宙,不代表可以抵达宇宙每一个角落。

九、人类未来还能怎么观测宇宙?

哪怕98%星系新的光到不了地球,天文观测依旧有很多方向。
第一,继续接收古老光线。遥远星系早年发出的光,还在宇宙路上,未来漫长时间内,还会陆续抵达地球。新一代望远镜,可以捕捉这些微光,研究宇宙早期怎么形成星系,恒星怎么诞生。
第二,研究本星系群。银河系、仙女座还有周边小星系,属于那2%,可以持续观测,研究星系碰撞、恒星演化、黑洞活动。
第三,观测引力波。引力波也以光速传播,同样受宇宙事件视界限制。近处天体合并产生的引力波,可以被探测,帮助我们研究黑洞、中子星。远处越过视界的事件,引力波同样无法抵达。
第四,研究暗能量。暗能量是宇宙最大谜题之一。未来通过观测遥远天体,继续测量宇宙膨胀速率,尝试搞清楚暗能量到底是什么。

人类的航天探测器,速度远远低于光速。就算未来造出接近光速的飞船,也只能去往本星系群内部的天体。想要跨越宇宙事件视界之外的区域,物理规则不允许。

十、写在最后

总结一下,天文学家通过现代宇宙模型推算得出,可观测宇宙内大约98%的星系,现在发出的光线,永远无法抵达地球。不是星系消失,而是宇宙空间加速拉伸,光赶不上不断拉长的距离,被宇宙事件视界永久隔开。

只有距离我们比较近的少数星系,属于剩下2%,它们当下发出的光未来可以传到地球。宇宙加速膨胀来自暗能量,暗能量带来的排斥力,不断拉开星系之间巨大虚空。引力牢牢绑定的银河系、太阳系不会被拆散。

这件事不是说天文探索没有意义。恰恰相反,我们恰好处在一个能够看到大量星系、读懂宇宙膨胀的时代。物理给人类划定了观测边界,但不会阻止我们研究我们能够触及的宇宙。仰望星空的时候,我们看到的每一束光,都来自遥远的过去。宇宙宏大又安静,很多地方,注定永远无法相见。

话题讨论

看完这个结论,你心里是什么感受?你觉得宇宙中暗能量最终会怎么演化?你认为在遥远星系上面,有没有可能存在其他生命?欢迎在评论区留下你的看法,觉得文章有收获可以点个关注,后续持续分享天文科普内容。

免责声明:本文为宇宙科普内容,基于现有宇宙学模型推演,相关理论仍在持续研究,仅供参考。