每到夏天,我記得小時(shí)候就喜歡在自家院子里,打個(gè)地鋪或簡(jiǎn)單鋪個(gè)涼席,躺在地上仰望星空,那時(shí)候不知道看什么,只覺得天上的星星真的好多!現(xiàn)在城市里已經(jīng)沒有小時(shí)候那么好的觀察條件了。
如果我們選一個(gè)沒有光污染、沒有云層、沒有月光的夜晚,我們不僅能看到幾顆行星和數(shù)千顆恒星,還能看到星團(tuán)、一些微弱的星云、銀河系的平面,甚至可能看到一兩個(gè)遙遠(yuǎn)的星系。
其實(shí)我們?nèi)庋鬯芸吹降囊磺?,都包含在銀河系之內(nèi),最多也就是銀河系周圍的衛(wèi)星星系!如果我們借助科學(xué)的力量深入的觀察我們的宇宙,超越我們視野的極限,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),在銀河系的恒星、星團(tuán)和星云之外,有一個(gè)神奇的宇宙。曾經(jīng)那些在天空中看起來模糊的、不重要的污點(diǎn),其實(shí)和我們的銀河系一樣都是龐大宇宙中的一座孤島,每一個(gè)都與我們的銀河系大小相當(dāng),由數(shù)億顆、數(shù)萬億顆恒星組成。
關(guān)于宇宙中的星系,在20世紀(jì)最令人困惑的發(fā)現(xiàn)是:離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系,遠(yuǎn)離我們速度就越快。最終由埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)和喬治·勒梅特爾(Georges Lemaitre)發(fā)現(xiàn),我們生活在一個(gè)不斷膨脹的宇宙中。
星系的距離和退行速度的關(guān)系被稱為哈勃定律。在宇宙的大尺度上,哈勃定律,或者說速度/紅移關(guān)系,表現(xiàn)的非常明顯,而在較小尺度上,例如:星系群、星系、星團(tuán),所有被引力束縛住的結(jié)構(gòu)并不會(huì)隨著宇宙的膨脹而擴(kuò)張。
人們本能的會(huì)想到一個(gè)問題:根據(jù)宇宙大爆炸的框架,既然宇宙在膨脹,這種情況是否會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)下去?
哈勃定律早在1929年就制定出來了,在20世紀(jì)的大部分時(shí)間里,科學(xué)家們一直在尋找這個(gè)問題的答案。
宇宙起源于一個(gè)高溫,高密度,快速膨脹的狀態(tài)??臻g充滿了物質(zhì)和輻射,隨著時(shí)間的推移,宇宙冷卻,膨脹速度開始放緩。此外,隨著宇宙的發(fā)展物質(zhì)分布的略微不均勻在引力的作用下發(fā)展成了今天看到的星系和星系團(tuán),分布在一個(gè)大約920億光年的可觀測(cè)宇宙中。
大爆炸一開始宇宙膨脹得速度非??欤瑫r(shí)空間包含著大量的物質(zhì)和能量,隨著時(shí)間的推移,引力在一段時(shí)間內(nèi)減緩了膨脹速度,而目前我們的宇宙還在繼續(xù)膨脹。
那我們的未來呢?20世紀(jì)早期的科學(xué)家給出了三種可能的情況:
在隨后很長(zhǎng)一段時(shí)間里,科學(xué)家衡量這三個(gè)選項(xiàng)中哪一個(gè)描述了我們宇宙的未來。大坍縮?還是會(huì)永遠(yuǎn)勻速的膨脹,還是會(huì)成為穩(wěn)定的處于一個(gè)臨界的宇宙?
就在1998年,我們驚訝的發(fā)現(xiàn)這些都不是我們宇宙的選擇?相反,膨脹率不會(huì)一直下降,而是逐漸接近一個(gè)有限的非零值。
這意味著,隨著時(shí)間的推移,每一個(gè)星系似乎在加速遠(yuǎn)離我們!
從某種意義上說,這就是宇宙遵循物理定律的本質(zhì)。但從另一個(gè)更深刻的意義上說,這將給我們帶來更大的困擾。
在我們之前設(shè)想的三個(gè)場(chǎng)景中,如果你乘坐一艘宇宙飛船離開地球,火箭的速度不需要達(dá)到光速,可以以任意速度運(yùn)動(dòng),只要有足夠的時(shí)間,可以到達(dá)可觀測(cè)宇宙中的任何星系。因?yàn)殡S著時(shí)間的推移,引力會(huì)一直減慢膨脹的速度,如果情況是這樣的話,在理論上我們是可以達(dá)到任何星系。
但如果我們的宇宙在加速膨脹,遙遠(yuǎn)的星系正在以299,792.458KM/S的速度遠(yuǎn)離我們(比光速還快,而且它們還在加速),那么我們永遠(yuǎn)無法達(dá)到它們?即使光子以光速運(yùn)動(dòng),也不可能到達(dá)這樣的星系。
我們所能知道的就是它們誕生時(shí)發(fā)出的光達(dá)到了我們,而我們現(xiàn)在所發(fā)出的光永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到這些星系,我們已經(jīng)與遙遠(yuǎn)的星系無緣無故地?cái)嚅_了聯(lián)系。
令人難以置信的是,在我們接收的星光中任何紅移大于1.5(這不是一個(gè)很大的數(shù)字)的星系,目前都已經(jīng)消失了。
上圖為哈勃深場(chǎng),里面包含大約10000個(gè)最微弱、最遙遠(yuǎn)的星系。通過測(cè)量它們的紅移,我們可以確定(回到哈勃定律)這些星系到底有多遠(yuǎn)。
事實(shí)證明,這幅圖中大約40%的星系遠(yuǎn)離我們的速度已經(jīng)超過光速,我們所發(fā)出的光已經(jīng)無法達(dá)到它們了。
隨著時(shí)間的推移,隨著宇宙加速,越來越多的星系在我們的視野中都將變紅變暗。每過一秒鐘,平均而言就有成千上萬顆恒星和它們的行星系超過光速遠(yuǎn)離我們。在我們今天宇宙的數(shù)千億個(gè)星系(甚至可能多達(dá)一萬億)中,只有3%的星系在我們可達(dá)的范圍內(nèi),不過在不遠(yuǎn)的未來它們也將以超光速遠(yuǎn)離我們。
所以唯一能拯救我們的就是某種受控制的蟲洞或時(shí)空彎曲,一些比光快的旅行方式,但這些方式目前看來是我們遙不可及的。
每一個(gè)星系正在加速遠(yuǎn)離我們,我們看到的都是它們誕生時(shí)發(fā)出的光,而現(xiàn)在的光將永遠(yuǎn)無法到達(dá)我們,所以在未來,我們不會(huì)有比我們現(xiàn)在更好的視野!因?yàn)榕蛎浺豢潭疾煌P?/p>