宇宙的膨脹現(xiàn)象早已不是新鮮話題,自上世紀(jì)五十年代起,科學(xué)家便確認(rèn)宇宙不僅在膨脹,而且是以加速狀態(tài)持續(xù)擴(kuò)張。這一過(guò)程帶來(lái)了一個(gè)有趣的觀察現(xiàn)象:當(dāng)我們仰望星空時(shí),那些閃爍的星光其實(shí)來(lái)自數(shù)億年前,因?yàn)楣庑枰L(zhǎng)的時(shí)間才能穿越浩瀚的宇宙抵達(dá)地球。與此同時(shí),隨著宇宙的膨脹,星系之間的平均距離也在不斷增大,這讓人不禁產(chǎn)生疑問(wèn):我們能否準(zhǔn)確判斷這些恒星與地球的距離?
天文學(xué)家通過(guò)長(zhǎng)期觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析,構(gòu)建了一個(gè)名為L(zhǎng)CDM的宇宙學(xué)模型,該模型充分考慮了暗物質(zhì)和暗能量的作用。借助這一模型,科學(xué)家計(jì)算出,在宇宙年齡為137.7億年的基礎(chǔ)上,當(dāng)前人類能夠觀測(cè)到的極限范圍約為450億光年。這一距離被稱為“共動(dòng)視界”。有趣的是,450億光年遠(yuǎn)超宇宙的年齡,這是否意味著宇宙膨脹速度超過(guò)了光速?答案是肯定的,但這并不違背物理定律。
光速限制僅適用于局部空間。例如,我們永遠(yuǎn)不會(huì)看到一艘火箭以超過(guò)光速的速度從眼前飛過(guò)。然而,對(duì)于那些位于宇宙邊緣的天體,由于它們距離我們極其遙遠(yuǎn),其退行速度可以超過(guò)光速。這一現(xiàn)象并不違反狹義相對(duì)論,因?yàn)橄鄬?duì)論的限制僅適用于局部觀測(cè)。
早在LCDM模型提出之前,科學(xué)家便通過(guò)紅移現(xiàn)象來(lái)計(jì)算天體的退行速度。紅移是指星系遠(yuǎn)離我們時(shí),其發(fā)出的光線向電磁波譜的紅端移動(dòng)的現(xiàn)象。埃德溫·哈勃正是通過(guò)這一現(xiàn)象首次發(fā)現(xiàn)了宇宙膨脹的證據(jù)。在膨脹的宇宙中,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,膨脹效應(yīng)越顯著。當(dāng)退行速度超過(guò)光速時(shí),便達(dá)到了所謂的“哈勃距離”,即約137.7億光年。
盡管如此,我們?nèi)匀荒軌蚩吹侥切┩诵兴俣瘸^(guò)光速的星系,因?yàn)樗鼈儼l(fā)出的光線是在很久以前,當(dāng)它們距離我們還較近時(shí)發(fā)出的。如果我們等待足夠長(zhǎng)的時(shí)間,甚至可以看到這些星系背后的其他星系,因?yàn)樗鼈冊(cè)谶^(guò)去也離我們更近。然而,存在一個(gè)極限,即“宇宙學(xué)事件視界”,其距離約為170億光年。任何在此距離之外的天體此刻發(fā)出的光線將永遠(yuǎn)無(wú)法抵達(dá)地球,無(wú)論我們等待多久。
暗能量主導(dǎo)的加速膨脹讓情況有所變化。未來(lái),宇宙學(xué)事件視界將繼續(xù)擴(kuò)大,但最終會(huì)達(dá)到約600億光年的極限。然而,這并不意味著我們能夠看到所有事物。來(lái)自最遙遠(yuǎn)星系的光線會(huì)發(fā)生紅移,波長(zhǎng)變得如此之長(zhǎng),以至于它們實(shí)際上從我們的視野中消失。大約在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,宇宙將變得更加孤獨(dú)。










