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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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很多人平时仰望星空,都会下意识觉得,只要望远镜足够厉害,理论上就能看见宇宙里面所有的星系。好像阻碍我们看清远方的,只是设备不够先进,只要以后造出更强大的太空望远镜,早晚能把整个宇宙尽收眼底。
但最近几十年,天文学家通过观测、计算之后得出了一个让人很意外的结论。就算未来人类造出再先进的观测设备,宇宙里面百分之九十八的星系,我们从今往后,永远不可能再看见了。
这里先澄清最容易产生的误解。这些星系并没有消失,没有被摧毁,它们依旧好好地存在于宇宙之中。只是因为宇宙正在加速膨胀,它们和地球之间的空间被持续拉开,现在从这些星系发出的任何光线,再也没有机会抵达地球。不管我们等多久,都不可能收到它们最新的光信号。
今天不用复杂的物理公式,只用大白话,讲清楚这件事背后的原理,以及这件事对我们意味着什么。读完你就会明白,我们当下能够观测到的这片星空,其实是宇宙留给人类非常难得的一段窗口期。
不是星系在飞,是空间本身一直在拉伸
绝大多数人第一次听说这件事,都会产生同一个疑问。相对论明确说了,任何实物都不能跑得比光速更快,那星系怎么会快到连光都追不上?
关键点在这里,并不是星系本身在空间里面高速奔跑,而是星系和我们之间的那一片空间,正在持续向外拉伸、膨胀。
你可以把宇宙想象成一块还在不断被拉长的橡皮筋,橡皮筋上面随手点了很多小点,每一个小点代表一个星系。橡皮筋变长的时候,上面所有小点之间的距离都会自动变大。小点本身没有在橡皮筋上面跑动,是橡皮筋自己被拉开了。
空间膨胀不受光速这条规则约束。距离越远的两个星系,中间可供拉伸的空间就越多,相互远离的速度也就越快。
距离我们比较近的星系,空间拉伸速度慢,它们发出的光,有足够的时间跨越这段距离到达地球。一旦星系远到一定程度,中间空间拉开的速度超过了光速,情况就彻底变了。
光本身的速度固定不变,它拼命朝着地球方向前进,但是它前方的空间,拉长的速度比光奔跑的速度还要快。光每往前走一段距离,两地之间又多出了更长的间隔。最后的结果就是,这束光永远到不了目的地。
这个看不见的分界,天文学上叫做宇宙事件视界。只要跨过这条边界,星系新产生的光线就彻底和地球断联。
我们现在看见的遥远星系,全是它们的旧照片
还有一件很多人分不清的事情。现在哈勃、韦伯望远镜拍到的那些极其遥远的星系,它们其实早就跨过了这条看不见的边界。
那为什么我们还能拍到它们?
原因很简单,我们现在接收到的,是它们几十亿、上百亿年之前发出的光。当年这束光出发的时候,星系离我们还比较近,当时还没有跨过视界,所以这束光可以一路长途跋涉,直到今天才抵达地球,被望远镜捕捉下来。
也就是说,我们看到的只是这个星系古老的影像,相当于一张百亿年前拍下的老照片。至于这个星系现在是什么模样,上面有没有恒星、有没有行星,这些最新的信息,永远传不到地球。
举个例子,有一个非常出名的遥远星系 GN‑z11,它的光走了大约一百三十四亿年才来到地球。但是受宇宙膨胀影响,它现在实际离我们已经超过三百亿光年。今天从这个星系发出来的任何光,再也不可能抵达地球。
简单来讲,我们能看见的只是遥远星系的历史,再也无法看见它们的当下。
科学家估算,在可观测宇宙之内,一共大约有两万亿个星系。其中有百分之九十八的星系,早已跨过这条临界边界。剩下仅仅百分之二的星系,目前还处在视界以内,它们此刻发出的光线,未来还有机会传到地球。
而且这个数字还在持续变少。随着暗能量不断推动空间加速膨胀,每时每刻,都有一批星系跨过这条分界线,永久退出人类的观测范围。
驱动宇宙加速膨胀的幕后力量,就是暗能量
早在一百年前,天文学家普遍认为,大爆炸之后,宇宙虽然一直在膨胀,但是星系之间互相存在引力拉扯,膨胀速度会慢慢降下来。未来有两种可能,要么膨胀慢慢停止,之后开始收缩;要么就以越来越慢的速度永远扩张。
直到一九九八年,两组独立的天文团队,通过观测遥远超新星,得到了颠覆认知的结果。宇宙不但没有减速,反而越胀越快。
造成这种反常现象的,就是暗能量。
暗能量均匀散布在整个虚空之中,看不见摸不着,也无法直接捕捉,但是它占据了宇宙全部能量的大约百分之六十八。它的作用不是拉动物质,而是推着空间持续向外扩张,并且这个推力不会随着空间变大而减弱。
只要暗能量一直保持现在的状态,宇宙就会永远加速膨胀下去,星系之间彼此分隔得越来越远。
银河系附近有一个小范围的星系集团,叫做本星系群。银河系、仙女座星系,还有几十个小型矮星系都属于这里。这片范围里面,星系之间引力足够强,可以对抗空间膨胀,它们会慢慢靠近,几十亿年后还会发生合并。
除了本星系群里面这些少数邻居之外,其余所有河外星系,早晚都会跨过宇宙视界,从未来人类的视野当中彻底消失。
几十上百亿年之后,未来的天文学家看不到外面的宇宙
很多人很难想象这件事带来的长远后果。
如果再过上千亿年,那时候银河系和仙女座星系早已融合成一个更大的星系。生活在那个时代的智慧生命,抬头望向夜空,除了自己所在这个大星系里面的恒星之外,外面漆黑一片,再也找不到任何别的独立星系。
他们手里就算拥有和我们同等水平的天文仪器,也观测不到其他星系。
在他们能看到的范围里面,整个宇宙就只有这一个星系。他们没有办法通过观测,发现宇宙正在膨胀,也不会知道曾经宇宙里面还有数万亿个别的星系,更不可能推导出宇宙大爆炸理论。
所有能够证明宇宙宏大起源的证据,都会被宇宙膨胀一点点抹除掉。他们会误以为,整个宇宙就是由这一个星系和无尽虚空构成。
从这个角度来说,我们刚好生在了一段十分难得的时代。暗能量已经启动,但是绝大多数远方星系的古老光线还在路上,还没有全部抵达或者消失。我们刚好有机会看见海量遥远星系,能够收集证据,读懂宇宙的起源和演化。
如果文明晚诞生几百亿年,人类就再也没有机会知道宇宙真实的模样。
这件事提醒我们,人类认知永远存在天然边界
很多人会觉得,只要科技持续进步,早晚我们可以把宇宙所有秘密全部搞清楚。但宇宙视界这件事告诉我们,有些信息,无论科技发展到什么地步,我们都没有办法获取。
不是设备不行,而是物理规则本身就切断了信息传递的通道。就算未来发明出速度无限快的探测器,只要探测器出发之后,目的地已经越过视界,探测器同样永远无法抵达目标。
我们能够接触、研究、探测到的宇宙,永远只是整个真实宇宙里面很小的一块气泡。气泡之外,还有广阔的空间,无数星系,但是我们永远接收不到来自那里的任何信号。
这里要区分清楚,这件事并不会直接影响地球,也不会威胁人类生存。银河系、太阳系、地球,包括我们身边所有天体,都会被引力牢牢束缚在一起,不会被空间膨胀扯开。日常的距离,比如城市之间、星球之间,完全感受不到膨胀带来的变化。
宇宙加速膨胀只在极其宏大、星系与星系之间的超大尺度上生效。
普通人可以怎么理解这件事
我们不用纠结复杂的天文术语,只需要记住几个简单的结论。
第一,绝大多数星系不是消失了,只是和我们之间断了信息往来。它们依旧真实存在,只是它们现在发生的一切,我们永远无法知晓。
第二,我们现在拍到的深空照片,本质上是一张张来自遥远过去的照片。我们看到的是宇宙久远之前的样子。
第三,只要暗能量不变,能看见的星系只会越来越少,不会变多。不存在哪天技术突破,就能重新找回那些已经跨过视界的星系。
第四,银河系和身边少数几个近邻不受影响,我们所在的这片小星系集团,会一直保留下来。
很多人看完会生出一种空旷、孤独的感觉。但换一个角度去想,我们刚好赶上了可以看见浩瀚星海的时代,有机会去探索宇宙起源,本身就是一件非常难得的事情。
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免责声明:本文基于当前主流宇宙学模型科普,属于理论推演,不代表最终定论,宇宙真相仍有待持续观测验证。