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科学|一个加速膨胀的宇宙最终会带我们去到何处？


【如果将宇宙结构比喻成一个生面团 ， 星系和其它物质就是生面团上的芝麻 。 我们将生面团放入烤炉 ， 面团发生膨胀 ， 边缘芝麻的移动速度似乎超过靠近中央的芝麻 。】

科学|一个加速膨胀的宇宙最终会带我们去到何处？
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▲曲速移动
上物理课时 ， 老师告诉我们任何物体的速度都无法超过光速 。 不过 ， 凡事都有例外 。 天文学家认为某些星系正以超光速的速度远离我们 ， 这意味着它们将在我们的视线中永远消失 。
137.8亿年前 ， 拥有无限大密度的奇点发生大爆炸 。 大爆炸后 ， 宇宙在不到一秒钟内膨胀了10的16次方倍 ， 膨胀速度超过光速 。 你可能认为 ， 宇宙在此之后以恒定速度膨胀 ， 甚至会减慢 。 如果膨胀速度减慢 ， 我们能够看到宇宙的边缘 ， 因为在这种情况下 ， 没有光线穿越不了的距离 。
【科学|一个加速膨胀的宇宙最终会带我们去到何处？】但实际上 ， 宇宙一直加速膨胀 。 宇宙内存在一些异常遥远的角落 ， 光子永远无法到达 。 其结果是 ， 宇宙的边缘仍处在阴影之中 。 里面究竟隐藏着什么秘密 ， 我们可能永远找不到答案 。
时至今日 ， 宇宙仍在膨胀并且速度不断加快 。 这会影响宇宙的物质和结构 。 与距离我们较近的星系相比 ， 较远星系的移动速度似乎更快 。 宇宙内的某些星系甚至有可能超越光速 。 如果存在这样的星系 ， 我们将很难对其进行观测 。

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▲大爆炸后的宇宙膨胀时间线
如果将宇宙结构比喻成一个生面团 ， 星系和其它物质就是生面团上的芝麻 。 我们将生面团放入烤炉 ， 面团发生膨胀 ， 边缘芝麻的移动速度似乎超过靠近中央的芝麻 。 宇宙也是同样的情况 。 宇宙的膨胀速度为68公里/每秒每百万秒差距（1秒差距等于326万光年） 。 星系与我们之间的距离增一百万秒差距 ， 速度增加68公里/每秒 。
一旦与我们之间的距离达到4200百万秒差距 ， 星系的移动速度将超越光速 。 4200百万秒差距是一个超乎想象的距离 ， 相当于130×10的21次方公里 。 通过计算星系光线抵达地球所需的时间 ， 天文学家能够确定星系与地球之间的距离 。
我们可以通过观测红移和蓝移 ， 确定星系究竟是远离还是靠近地球 。 随着星系的远离 ， 所发出的光线需要更长时间才能抵达地球 。 在这种情况下 ， 星系和地球之间的空间导致光线波长拉伸 ， 向光谱的红端偏移 ， 称之为“红移” 。 不断远离我们的星系呈现为红色 ， 而朝着我们移动的星系 ， 由于所发出光线的波长缩短 ， 呈现为蓝色 。
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近红外夜空全景图 ， 涵盖150万个星系 ， 5亿颗恒星
我们能够探测到的最遥远的宇宙事物是宇宙微波背景辐射 ， 也就是大爆炸的“余晖” 。 微波背景辐射137亿年前出现 ， 迄今为止已朝着所有方向扩张了460亿光年 。 俄亥俄州大学天体物理学家、COSI科学中心首席科学家保罗·苏特指出 ， “光速是物质或信息速度极限”的观点来自于爱因斯坦的狭义相对论 。 但这是所谓的“本地物理学”的组成部分 ， 能够也一定适用于附近的天体 。
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哈勃深空场 ， 迄今为止观测到的一些最为遥远的星系就座落于此 。 暗物质导致宇宙膨胀加速 ， 可能让某些异常遥远星系的移动速度超越光速
然而 ， 在最为遥远的宇宙角落 ， 广义相对论适用 ， 但狭义相对论可能并不适用 ， 光速未必是速度极限 。 一个加速膨胀的宇宙究竟意味着什么？无异于宇宙热寂 。 经过数十亿年的变迁 ， 星系膨胀最终导致气体无法凝聚 ， 也就无法形成恒星 。 星系将被拉伸得越来越薄 。 其它星系的光线无法抵达地球 。 不会再有新的恒星形成 ， 恒星家族的新老交替停止 。 宇宙内的所有光线将缓慢变暗 ， 最终将永远陷入冰冷的黑暗之中 ， 除非其它力能够抵消它 。


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