在宇宙中有两个看似截然矛盾的预言,常常让天文爱好者感到困惑:
预言一: 宇宙正在膨胀,而且是在加速膨胀,在足够遥远的距离上,星系远离彼此的速度甚至超过了光速。这意味着宇宙在变“空”,万物都在分崩离析。
预言二: 我们的银河系和邻居仙女座星系正在以每秒 110 公里的速度“双向奔赴”,预计在 40 亿年后发生惨烈的“星系大碰撞”。
这究竟是怎么回事?既然宇宙膨胀的洪流势不可挡,为什么它没能把银河系和仙女座拉开?是谁给了这两个星系逆流而上的勇气?答案隐藏在宇宙最底层的两种力量,“暗能量”与“引力”的殊死搏斗中。
首先我们要纠正一个关于“宇宙膨胀”的常见误区,当我们说“星系在远离”时,并不是星系长了腿在空间里跑,而是承载星系的“空间”本身在变大。
想象一个还没吹气的气球,表面粘着两只蚂蚁,当你吹气球时,气球表面积增大,两只蚂蚁之间的距离变远了,在这个过程中,蚂蚁并没有动,是路变长了,这就是哈勃定律的核心,目前的哈勃常数大约是 70 km/s/Mpc(千米/秒/百万秒差距)。
这句话的意思是:每相隔 326 万光年(1 Mpc)的距离,空间膨胀的速度就会增加 70 km/s,如果你离我 326 万光年,你远离我的速度是 70 km/s,如果你离我 32.6 亿光年,你远离我的速度就是 70,000 km/s,如果你离我 140 亿光年,你远离我的速度就超过了光速。
这股力量源自暗能量,一种弥漫在真空中、提供斥力的神秘能量,它致力于把宇宙撕得粉碎。
既然膨胀如此猛烈,为什么我们没有被撕碎?为什么太阳系还在?为什么你没有被膨胀撕成原子?因为宇宙中还有另一种力量:万有引力,引力和暗能量是一对死对头,暗能量想把万物推开,引力想把万物拉近。
关键在于“密度”和“距离”,暗能量在单位体积内的力量非常微弱,它只有在大尺度的空旷宇宙中才能占据主导地位,而在物质密集的区域,引力是绝对的独裁者。
银河系和仙女座并不是孤零零地漂浮在宇宙中,我们属于一个叫“本星系群”的帮派,这个帮派里有 50 多个星系,其中银河系和仙女座是两个拥有巨大质量的“双子星”,这两个巨无霸之间相距 254 万光年。
让我们套用刚才的哈勃常数算一算:在 254 万光年的距离上,宇宙膨胀带来的退行速度大约只有 50 - 60 km/s,这意味着,如果只有膨胀,仙女座应该以 50 多公里的速度慢慢飘走,但是这两个星系的质量实在太大了,它们之间产生的互引力极其惊人。
在这个距离上,引力的拉扯速度远超膨胀的推离速度,实际上,我们在以约 110 km/s 的速度靠近,在这场拔河比赛中,对于“本星系群”这个小尺度的局部区域,引力完胜,暗能量惨败,所以仙女座不仅没有远离,反而呈现出宇宙中罕见的“蓝移”,它是极少数向我们冲来的大型天体之一。
既然引力赢了,那撞击就是不可避免的宿命。
天文学家利用哈勃望远镜和盖亚卫星的精确数据,已经为我们描绘出了这场史诗级灾难的时间表。
现在仙女座只是夜空中一个不起眼的纺锤形光斑,20 亿年后仙女座将变得巨大,挂在天空中,比满月还要大好几倍。它的旋臂清晰可见,像幽灵一样注视着地球,40 亿年后两个星系的外围开始接触,但这不像两辆车相撞“砰”的一声结束。
星系本质上是空旷的,它们会互相穿过对方,但巨大的引力潮汐会将两个星系的形状彻底撕碎。美丽的旋臂被拉长成细细的“潮汐尾”,恒星被甩得到处都是。
60亿年后合并完成,在经历了几次“穿过-拉回-再穿过”的钟摆式运动后,两个星系的核心最终融合在一起,曾经的螺旋星系都消失了,取而代之的是一个巨大的、无趣的、椭圆形的超级星系,天文学家给这个未来的新家起个了名字:“银河仙女星系”。
你可能会担心:星系相撞,地球会不会被撞碎?太阳会不会爆炸?
答案是:几乎绝对不会。
这又是直觉的陷阱,星系看起来很密,实际上空得离谱,如果把太阳缩小成一个乒乓球,那么最近的恒星就是 1100 公里 外的另一颗乒乓球,把两筐相距 1100 公里分布的乒乓球倒在一起,它们在空中相撞的概率几乎为零。
所以在整场星系大碰撞中,太阳系几乎不可能正面撞上另一颗恒星,我们最大的风险是被引力弹弓效应甩出星系,成为流浪恒星;或者被甩到距离核心更近的地方,遭受强辐射。
但遗憾的是,人类可能无缘目睹这一切,因为 40 亿年后,太阳本身的演化已经进入老年期。那时的太阳光度会增加,地球海洋早已蒸发,地面被烤焦,除非我们那时已经移民到了火星或者更远的地方,否则我们只能在化石里通过引力波来“感受”这场碰撞了。
数百亿年后,如果我们还活着,抬头仰望夜空,我们将看不到任何其他的星系,宇宙将变成一片绝对的死寂和黑暗,除了我们自己,银河系和仙女座的合并,是我们在宇宙彻底孤寂之前,最后的抱团取暖。
我们将所有的物质、所有的恒星、所有的文明,都紧紧地锁在这个巨大的椭圆星系里,这个新星系将成为我们在无尽虚空中唯一的“孤岛”。
所以回到最初的问题,为什么宇宙在膨胀,我们还会相撞?
因为在这个浩瀚而冷酷的宇宙中,只有引力是真正“含情脉脉”的力量,它试图把东西聚在一起,试图创造结构,创造恒星,创造生命,而暗能量是虚无的使者,它试图把一切拉开,归于冷寂。
此时此刻,我们的银河系正奋力逆流而上,抓住仙女座的手,这场未来的碰撞,不是灾难,而是本星系群对抗宇宙虚无的最后一次堡垒建设,在宇宙灯火熄灭之前,我们将融为一体,共同度过那漫长得令人绝望的永夜。
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