可观测宇宙97%已与地球失去了联系？未来天空将只能看到一个星系

xujiahui

78亿年，宇宙的分水岭！在这之前一切都在减速

大爆炸创造了一个炽热、稠密、不断膨胀的宇宙，而膨胀是时空结构本身的特性。而它里面的物质和辐射会被稀释，密度下降，随着空间体积的扩张，它们之间的距离会越来越远。与此同时，所有的物质和辐射也产生了巨大的引力，试图把宇宙拉回到一起。

这就是数十亿年来宇宙膨胀与万有引力之间的伟大斗争。而我们人类作为观察者一开始并不知道哪一方会赢的胜利。

引力获胜，它会使宇宙达到最大的尺寸，然后逆转膨胀并在“大收缩”中告终？

膨胀获胜，它会导致宇宙永远膨胀，永不停歇，事物之间的距离变得无限遥远，宇宙最终以“大冻结”而告终？

引力和膨胀都没有获胜，正好处在两者之间的情形。在这种情况下，膨胀率无限趋近于零，但不会逆转：一个临界宇宙？也就是说宇宙中哪怕在多一个质子，引力就会逆转宇宙！

虽然以上的宇宙命运彼此非常不同，但它们都有一个共同点。看看今天的宇宙，看看外面的星系。我们所能看到（在可见的极限）的任何一个星系，它所发出的光在穿越巨大的宇宙空间之后才到达我们的眼睛。

在经历了数十亿年的时间，光子孤独地穿行在分隔星系并且不断扩大的空间中。我们也可以认为，光子一直逆流而上，逆着不断膨胀的宇宙空间往前飞行，最终达到地球。

随着时间的推移，在宇宙最初的78亿年里，来自遥远星系越来越多的星光开始追上我们。

为什么这么说呢？

因为在最初的78亿年里，宇宙一直在减速，这意味着即使宇宙在膨胀，即使遥远星系离我们越来越远，但它们远离我们速度越来越慢。结果就是，最初我们肉眼看不见的星系，最终就出现在了我们的视野。

随着时间的推移，越来越多的宇宙变得可见。如果宇宙中只有物质和辐射，那么宇宙中更多的空间将会被我们看到，减速一直继续，唯一的问题是星系的衰退速度是否会：

变成0，反转，开始向我们逼近（大坍缩）。

减少但始终保持正值，永远推行（大冻结）。

渐近趋向于0，永远不会到达0，宇宙也永远不会反转（临界）。

但是，随着宇宙的膨胀，能量密度的持续下降，宇宙向我们揭示了一些不同寻常的事情，也可以说是一个彩蛋：空间本身有一种内在的能量，称为暗能量。

78亿年后，是暗能量的天下，一切都在加速

上图左可以看到宇宙的膨胀对物质、辐射和暗能量的影响，暗能量基本不动，直到物质和辐射密度急剧下降，暗能量的作用才变得清晰可见，从大爆炸到暗能量的影响改变宇宙的膨胀，这一过程花了78亿年。也就是说，在宇宙诞生后的78亿年间，任何观察者都不会发现暗能量的存在，因为那时暗能量的能量密度还不足以影响宇宙的膨胀方式，只有宇宙的继续膨胀，物质密度下降，暗能量才开始崭露头角，掌控宇宙。因此我们说这真的是宇宙的一个彩蛋、惊喜！

当暗能量密度变得足够大，达到宇宙总能量密度的三分之一时，遥远的星系不再减速，而是开始加速远离我们。这意味着，它们的衰退速度非但没有放缓，反而开始加速了！

那些遥远星系发出的光已经到达地球的仍然会到达地球；加速的宇宙并没有改变这一点。只会让飞行途中的光红移。

但对于许多这样的遥远星系，我们将永远看不到它们发出的新光，在宇宙现在这个年龄之前，我们只能看到它们在很久以前发出的旧光。想想为什么会这样。

为什么说可观测宇宙97%的星系已经和我们失去了联系？

遥远的星系在不断膨胀的宇宙中发出光线。我们和那个星系之间的空间在继续扩大，但光子仍在向我们靠近。由于星系不断地发出光线，现在不仅有光到达我们，将来也会有光到达我们！

但是，想想那个星系今天在哪里。想想膨胀的、加速的宇宙。想想今天的宇宙有多大。

上图展示了我们可观测宇宙直径大约是920亿光年，包含了至少几千亿个（可能是上万亿个）星系。

可问题是，按照今天的膨胀率，任何距离我们超过140亿光年的星系，我们都不会再接收到这个星系的光线！也就是说这个星系和我们之间的空间正非常快的速度膨胀，以至于今天发出的光子永远也无法到达我们！如果我们计算一个140亿光年半径的球体中包含了多少可观测宇宙，并将其与直径920亿光年的球体进行比较，就会发现我们只与可观测宇宙中大约3%的星系目前扔有联系（存在因果关系），其余星系都永远消失了！

随着时间的推移，越来越多的星系和星系团都将与我们失去因果关系。这并不意味着我们再也看不到它们了，这只是意味着我们再也无法与它们发生交流，它们发出的新光不会达到我们，我们发出的新光也不会达到它们。也就是说，如果我们现在以光速旅行飞向它们，也永远不到达到目的地。

但是我们数十亿年前发出的光可能还能到达它们！就像它们再数十亿年前发出的光能到达我们的眼睛一样：

但这些光的数量是有限的，

而且红移非常高

也会发生时间膨胀，意思是遥远星系的事件在我们看来会非常缓慢，

为了探测到这些更遥远的星系，我们需要使用红外望远镜，还得“把快门打开”更长时间增加曝光，才能看到接受到它们以前发出的光线。

如果没有暗能量（如果没有加速或消失的星系），大爆炸可能会以完全相同的方式发生，但我们的宇宙会更小，星系会离得更近，我们会看到更多的星系，它们的红移会更少，宇宙会膨胀得更慢，每个星系的退行都会减速。大量的星系不会从我们的视野中消失，而是随着时间的推移，新的星系会出现在我们视野！

虽然可观测宇宙中没有哪个星系消失到了看不见的地步，但97%的星系消失的原因是它们的新光已经无法到达我们了。星系仍然可见，但只是由于它们的旧光。例如，那些星系此时此刻发生了重大的事件，我们永远都不会知道。

这就是正在消失的宇宙的运作方式，以及星系从我们的视野中消失的真正含义。

原文地址：今日头条