你知道吗，在广袤的宇宙中，几乎每个星系都在离我们远去，他们像被一股无形力量推开般相互远离，这就是宇宙膨胀。那么天文学家们是如何知道宇宙在膨胀的？其背后的原因又是什么？未来地球会不会因星系的远离而孤立。

在1929年，美国天文学家埃德温·哈勃通过分析遥远星系的光谱，发现了一个革命性的规律，他观测发现几乎所有星系都显示出红移，也就是星系的光谱线向红端偏移，那么这代表着什么呢？

我们知道光和声音一样其实也具有多普勒效应，但光的多普勒效应是通过颜色来表现的，比如当一个天体远离我们时，光的波长被拉长，光谱的颜色就会向红色段移动，如果靠近我们波长缩短，颜色则会向蓝色端移动，这就是红移现象。

而哈勃正是发现了大部分星系都有这一规律，表明他们在远离我们，除了少数近邻星系外，大多数星系都在后退。更令人震惊的是，哈勃还发现了一个精确的线性关系，即星系的退行速度与距离成正比关系，简单来说就是离我们越远的星系，退行的速度越快，这就是著名的哈勃定律。

其中V代表星系退行速度，D为星系到地球的距离，H为哈勃常数，因此只要我们测出哈勃常数就能知道星系远离我们的速度，在2013年，普朗克卫星测出哈勃常数为67千米每秒每百万秒差距。

所谓秒差距就是视差角秒，他是以地球公转轨道为基线，一秒差距大约是3.26光年，而百万秒差距就是326万光年，因此哈勃常数就是每326万光年的距离上，星系的退行速度就会增加67千米。

比如一个星系距我们约100个百万秒差距，即3.26亿光年，那么通过哈勃定律即可计算出，该星系远离我们的速度大约为7300千米每秒。如果是140亿光年，那么星系远离我们的速度已经达到了光速，由此我们知道了宇宙空间其实在不断膨胀中，并且140亿光年外的膨胀速度甚至超越了光速。

然而有些人可能有所疑问，为什么说星系的远离就表明空间在膨胀呢？因为如果是星系本身在运动，那么这是违反相对论的，相对论告诉我们，任何有静止质量的物体是无法达到光速的，由于一旦物体达到光速，那么在质增效益影响下，质量会增加到无限大，同时还需要无限的能量去推动它，但我们知道无限的是不存在的，所有有静止质量物体不可能超越光速。

这也意味着星系的远离不是星系在空间中移动，而是空间本身在扩张。如果我们形象化宇宙膨胀概念，可以想象一个被吹大的气球，表面画满小点他们代表星系。当你吹气时每个点都远离其他点。从任何点看，其他点都在后退，且远的点速度更快。但点其实本身没有移动，而是气球表面空间在伸展。

在真实宇宙中，空间像气球表面般扩张，星系被固定在上面。这一发现推翻了静态宇宙观，还推动了大爆炸理论，因为如果我们将星系远离速度进行反向推导，宇宙将是从一个炙热、致密的奇点开始膨胀，这也使我们估算出宇宙的年龄大约为138亿年。

当宇宙膨胀被发现之后，又一个问题又困扰着科学家，那就是其背后的原因是什么？在20世纪，科学家们认为宇宙并不会一直膨胀下去，因为在引力的影响会逐渐减缓，最终停止膨胀。

不过在220世纪末期，天文学家通过观测遥远的Ia型超新星发现，他们爆发的亮度比预期要暗淡，也就是说他们的距离比我们想象的更遥远，由此发现宇宙的膨胀不仅没有逐渐减慢，反而在加速中。

这也让科学家们认识到，宇宙中可能存在一种神秘未知能量与引力抗衡，因为加速膨胀需一种反引力，而这种神秘的能量被科学家们称为暗能量。暗能量被认为具有负压强，它会产生排斥力，并推动空间进一步扩展。根据现代宇宙学模型认为，在我们所能观测的宇宙中，普通物质其实仅占总物质的为小部分，其余的都是暗能量和暗物质。

虽然如今我们还没有发现暗能量的存在。但如果说暗能量不存在，那么我们的宇宙就不会演化成如今的样貌，因为没有斥力作用引力将战胜一切，所有星系都将会越来越近，最终物质聚集到一起，因此宇宙必须暗能量来维持，才能维持演化。

此外宇宙的加速膨胀还让我们意识到了一个深刻的后果，由于宇宙在持续膨胀，星系间距离也会呈指数增长，那么随着时间的推移。当所有星系的退行速度超过光速，也就是140亿光年外，那么他们发出的光将永远无法抵达地球，这意味着未来我们将无法看到任何遥远星系。

根据天文学家推测，大约在数千亿年后大部分星系将会从天空中消失。届时如果地球没有被太阳的膨胀而吞没，人类又幸存了下来，那么在可观测宇宙中，我们仅能看见本星系群中的星系，其中包含银河系、仙女座星系等50个星系。

而更远的未来，这些星系中的恒星也会随着燃料的耗尽而逐渐熄灭。然后只留下白矮星、中子星和黑洞。接下来白矮星和中子星会在时间长河中冷却成黑矮星，黑洞会因霍金辐射蒸发消失，最终能量均匀分布，所有物质温度达到热平衡。

届时宇宙也将以一种平静的热寂结束，不过这也是后话，因为如此遥远的时间，对于我们而言已经没有了任何意义。