我们现在抬头看夜空,是不是觉得满天星斗已经多到数不过来?其实你看到的,全是宇宙漏给我们的“边角料”。人类仰着头看了几千年星星,到现在能接触到的星系,只占整个可观测宇宙的2%。剩下98%,不是我们技术不够暂时看不到,是从宇宙规则上,就永远不可能被我们看到了。

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这个数字不是天文学家随便拍脑袋猜的,是把宇宙膨胀、光速极限和暗能量三个事儿放一块儿,算了好久才推出来的结果。很多人第一反应都是,等咱们造出更大更灵敏的望远镜,不就能把这些星系都找出来了吗?还真不是技术的锅,问题出在空间本身。

远处的星系不是自己在往外跑,是星系和咱们地球之间的空间,一直在“长个子”。距离越远,空间膨胀累积出来的速度就越夸张,超过光速都是正常操作。很多人说这不违反相对论吗?其实相对论管的是物体在空间里移动的速度,空间自己膨胀,它管不着。

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一旦星系被膨胀的空间拉得足够远,它发出的光拼了命往地球方向跑,也永远追不上我们。天文学里给这个看不见的边界起了个名字,叫事件视界,简单说就是一道隐形的墙。墙这边发生的事我们能知道,墙外面的所有信息,人类永远都得不到。

更有意思的是这道墙还不是固定不动的,它一直在慢慢往地球这边缩。时不时就有星系悄咪咪越过边界,从人类的可观测星系清单里被划掉。再过几百上千亿年,我们能看到的就只剩下本星系群里的几个老邻居了。

哪怕把全世界最灵敏的射电望远镜都用上,也接不到哪怕半个来自远方星系的信号。搞清楚这一切的关键,就是那个推着宇宙越胀越快的暗能量,它到底是什么,直到现在物理学家都没摸透。按照现在的观测估算,我们熟悉的一切,从人类到星球再到整个银河系,加起来占宇宙总能量的比例还不到5%。

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暗物质占了宇宙总能量的26.8%,剩下超过六成八的宇宙,全是我们搞不清的暗能量。过去二十多年,主流研究都默认暗能量是个不变的常数,这么算虽然简单粗暴,但结果还说得过去。最近这一两年,越来越多的数据显示,这套老说法好像出问题了。

出问题的来源是美国基特峰天文台的暗能量光谱仪,圈内人都叫它DESI,这是个国际合作项目,中国国家天文台的赵公博团队深度参与,还扛下了关键的数据分析任务。到现在DESI已经做完了原定五年的巡天观测,攒出了目前全世界规模最大、分辨率最高的宇宙三维地图。这份地图囊括了超过4700万个星系和类星体的数据,还加了两千多万颗银河系近距离恒星的资料,体量比当初设计的目标还要大。

真正让天文圈炸锅的不是数据体量多大,是数据背后藏着反常的迹象。研究团队顺着数据追了宇宙过去约110亿年的演化轨迹,发现一直被当成常数的暗能量,可能不是一成不变的,它居然会跟着时间变化。这个发现可不一般,中国研究团队给出的信号也相当明确。

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国家天文台的研究人员发现,暗能量的状态方程确实跟着宇宙演化在变,统计信噪比超过了4个标准差。在物理圈,4倍标准差已经快摸到“重大新发现”的门槛了,再往前一步就是板上钉钉的结论。如果这个发现最后被证实,现在整个宇宙学的标准模型都得改写。

暗能量到底会慢慢变弱吗?会不会哪天膨胀停下来甚至反过来让宇宙减速膨胀?这些现在全都是开放问题,每一种可能对应的宇宙最终命运都完全不一样。DESI项目组本来做完五年观测就差不多了,结果设备表现比预期好太多,加上暗能量演化的迹象越来越明显,他们直接把观测延长到了2028年。完整五年观测的首批正式结果,要等到明年才会陆续放出来。

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科学界本来就没有什么一言堂的事儿,现在还有一派研究者压根就怀疑宇宙加速膨胀这件事本身。新西兰坎特伯雷大学的研究团队就提出过另一种解释,说宇宙膨胀其实并不均匀,所谓暗能量导致加速膨胀,搞不好只是不同区域时间流速不一样造成的观测错觉。这套理论叫“时间景观”,现在还是少数派观点,但至少说明,宇宙膨胀这件看起来板上钉钉的事儿,还有得争。

其实那98%星系的告别,从很早之前就开始了,只是节奏慢到我们这辈子根本感觉不到。再过几百亿年,如果那时候还有智慧生物站在地球这个位置仰望星空,他们看到的估计只有一片零零散散的本地那时候的天文学家,说不定连我们现在研究的大爆炸、暗能量这些结论都得不出来。因为所有能证明这些结论的线索,早就跟着那些远去的星光一起跑没了。这么一想,我们现在能抬头看到银河系外的星光,简直是撞了大运的奢侈运气。

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星空。四周全是空荡荡的,他们说不定会现在韦伯望远镜在天上不停拍,DESI在地上不停扫,攒了一大堆数据。这些数据与其说是给现在的研究者用的,不如说是替整个人类文明给现在的宇宙留了一份“存档”。趁着现在大部分星系还没越过事件视界,赶紧把宇宙现在的样子给记下来。

觉得,宇宙本来就只有这么大

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98%的星系终究会彻底离开我们的视野,剩下能看到的2%也终究有限。下次你哪天晚上出门抬头,刚好能看到星星的话,不如就多盯两眼。毕竟这是宇宙现在还愿意给我们看的样子,再过亿万年,连这样的景色都不会有了。

参考资料:人民日报 暗能量研究取得重要进展