大家好我是善良橘子。

很多人对宇宙的想象,停留在课本里的画面:无数星系均匀散布在空间里,只要我们造出足够强大的望远镜,看得足够远,就能看见越来越多的星系。长久以来大家默认,看不见远方星系,单纯是因为距离太远,光赶路需要漫长时间。

但现代宇宙学的研究结论,打破了这个固有认知。天文学家通过观测和计算得出结论:宇宙当中大约98%的星系,我们人类永远都不可能观测到,并不是单纯因为它们离我们太远。

这个说法刚出来的时候,很多人第一反应很难理解。光只要有足够时间,总能传到地球,为什么会永远看不见?问题的核心不在于星系有多远,而在于宇宙空间本身一直在加速膨胀。今天我们就用大白话把这个宇宙学知识点讲透,搞明白为什么绝大多数星系的光,再也无法抵达地球,同时澄清网上很多自媒体关于宇宙膨胀的错误解读。

首先要纠正一个最普遍的误区:宇宙膨胀,不是星系在空间里向外飞,而是空间本身在拉伸。

打个简单的比方,想象一张画了很多小点的橡皮筋,每个小点代表一个星系。我们慢慢拉长这根橡皮筋,橡皮筋上所有点之间的距离都会变大。不是小点在橡皮筋上主动跑动,而是承载这些小点的橡皮筋本身被拉长。宇宙就像这根橡皮筋,星系就是橡皮筋上的点。星系本身没有高速穿越空间向外飞行,星系之间的空间持续变大,把彼此的距离越拉越远。

更关键的一点,上世纪90年代,科学家通过观测超新星发现:宇宙膨胀不是匀速,而是加速膨胀。空间拉伸的速度,还在越来越快。这个发现当年拿下了诺贝尔物理学奖,也是理解“98%星系永远看不见”的基础。

很多人会问,光速不是宇宙最快速度吗?没有东西能超过光速。这里要分清两件事:物体在空间里运动的速度,不能超过光速;但是空间本身膨胀拉伸的速度,不受光速限制。

举个例子理解。一艘船在河里行驶,船本身的最快速度有上限,但是河流本身可以加速流动。如果河流向外流动的速度超过船的最大速度,船朝着我们开,却只会被水流越带越远,永远无法抵达岸边。

星系发出的光,就相当于这艘船,光速是它的最大速度。而星系和地球之间的空间,相当于这条不断加速变快的大河。当星系距离远到一定程度,星系和地球之间空间拉伸的速度,超过光朝着地球前进的速度。这时候,这束光无论怎么跑,两者之间的距离只会持续拉大,永远无法到达地球。

这个边界,天文学上叫做宇宙事件视界。视界以内的星系,它们发出的光,有机会跨越空间抵达地球;视界以外的星系,光永远无法到达我们这里。

随着宇宙持续加速膨胀,事件视界还在不断收缩。意思就是,会有越来越多星系,慢慢跨过这个边界,彻底从我们可观测宇宙当中消失。不是星系消失了,星系还好好存在着,只是它们发出的光再也无法抵达地球,我们永远无法收到它们的信号。

现在我们回到98%这个数字。科学家估算,整个宇宙星系总数大概有2万亿个。而处在我们事件视界之内、未来还有机会被观测到的星系,只占总量大约2%。剩下98%的星系,早就已经落在事件视界之外。它们的光,无论经过多久,都不可能抵达地球。

这里要区分两个很容易混淆的名词:可观测宇宙,和事件视界。

我们平时常听到的可观测宇宙半径大约465亿光年。这个范围,是到今天为止,光有足够时间飞到地球的区域。但不等于,这个范围内所有星系未来我们都还能看见。

有些星系现在还在可观测宇宙里,我们现在能收到它们很久以前发出的光。但是因为空间加速膨胀,它们现在远离我们的速度已经超过光速。它们此刻新发出的光,再也无法抵达地球。我们看到的,只是它们遥远过去的影像。随着时间推移,这些星系会慢慢变红、变暗,最终彻底从我们的视野里消失。

很多自媒体在这里会讲错:说星系超光速远离,所以光反向跑。不是这样。星系朝远离我们的方向运动,星系发出的光依旧朝着地球方向传播,但是中间的空间拉伸速度太快,光往前跑,空间把距离拉得更快,光的前进赶不上空间膨胀。

还有一个现象叫红移。光源远离我们的时候,光波会被拉长,可见光往红光方向偏移。距离越远、远离速度越快,红移越严重。到了极限之后,光的波长会被拉伸到无限长,能量降低到零,望远镜再也捕捉不到。星系不是一瞬间消失,而是慢慢变暗、红移,最后彻底看不见。

接下来澄清网上流传最多的几个谣言。

谣言一:98%的星系已经毁灭消失了。

辟谣:完全错误。这些星系依然存在,星系内部恒星、行星照常演化。只是它们和地球之间的空间膨胀太快,光无法跨越。不是星系没了,是信息隔绝了,我们永远接收不到来自它们的新信号。

谣言二:是星系飞行速度超过光速,违反相对论。

辟谣:相对论限制的是物体在空间内运动速度。空间本身膨胀不属于物体运动,不受光速上限约束,不违背爱因斯坦相对论。

谣言三:只要等足够久,遥远星系的光终究会到地球。

辟谣:只有在宇宙减速膨胀或者匀速膨胀的前提下才有可能。但我们的宇宙是加速膨胀,遥远区域空间拉伸越来越快,光永远无法抵达。

谣言四:未来科技足够发达,造出超强望远镜,就能看见这98%的星系。

辟谣:不行。望远镜只能收集抵达地球的光。如果光根本无法到达地球,再大、再灵敏的望远镜也无能为力。技术再进步,也突破不了宇宙事件视界这个物理边界。

讲到这里,很多人会感到一丝孤独。我们所在的银河系,连同周围少数星系,被困在一个巨大的“宇宙孤岛”里面。宇宙绝大部分区域,从物理规则上,就和我们彻底隔绝,永远无法互通信息。

但我们不用因此感到悲观。我们能观测到的这2%的星系,数量依旧十分庞大,有上千亿个。哈勃、詹姆斯·韦伯空间望远镜,还在持续观测这些星系,帮助我们了解恒星诞生、黑洞演化、宇宙早期的样子。人类依旧可以研究我们能够接触到的这部分宇宙,探索恒星、星系的演化规律。

我们再聊聊宇宙加速膨胀背后的推手:暗能量。

科学家现在认为,驱动空间加速膨胀的东西,叫做暗能量。暗能量占宇宙总能量大约68%。它均匀分布在整个空间,产生排斥效应,推着空间不断拉伸。目前人类还不清楚暗能量到底是什么,这也是现代物理学最大的谜题之一。

随着时间推移,暗能量的作用会越来越强。几百亿年之后,银河系周边的本星系群之外,所有星系都会退出我们的事件视界。到那个时候,如果还有智慧生命生活在银河系,抬头看夜空,除了银河系自身恒星,外面漆黑一片。他们的天文学家,甚至很难推测宇宙当中还存在其他无数星系。

读到这里,很多人会产生疑问:既然绝大多数星系永远看不见,研究宇宙还有意义吗?

科学的意义,并不在于我们要看见宇宙里每一个天体。我们可以通过观测近处星系,推导物理规律,推演整个宇宙的演化模型。我们可以通过宇宙微波背景辐射,捕捉宇宙大爆炸之后残留的古老信号,推测宇宙早期状态。哪怕大部分星系永远无法观测,我们依旧可以依靠物理定律,去理解宇宙的整体结构。

同时我们也要明白,人类的观测本身就存在边界。无论是微观世界,还是浩瀚宇宙,总有物理规则划定的极限。承认这种边界,不是否定科学,恰恰是科学严谨性的体现。

很多人把宇宙想象成巨大的游乐场,只要走得足够远就能抵达任何地方。但真实宇宙更像不断拉伸的气球,气球表面上绝大多数地点,随着气球越吹越大,彼此彻底失去联系。

再回到我们身处的地球。和动辄上亿光年的尺度相比,人类文明非常渺小。我们一生短短几十年,连银河系的尺度都难以跨越。但就是渺小的人类,依靠望远镜、数学模型,一点点推演出宇宙膨胀、事件视界、暗能量这些宏大规律。这本身就是一件很震撼的事情。

当然,宇宙学理论也不是一成不变。98%这个数值,是基于目前观测数据、ΛCDM标准宇宙模型算出的估算结果。随着未来韦伯望远镜以及新一代地面天文台获取更多观测数据,这个比例有可能微调。但核心结论不会改变:绝大多数星系,光永远无法抵达地球,不是距离太远,而是空间加速膨胀造成的信息隔绝。

网上很多短视频喜欢渲染宇宙绝望感,说人类被困在牢笼。其实换个角度看,宇宙既有冰冷的物理边界,也留下了可供我们探索的窗口。我们依然可以研究恒星、黑洞,研究星系的诞生和死亡,探索暗能量的秘密。

聊到这里想问大家,看完这个宇宙知识点,你第一感受是什么?你觉得未来人类有没有机会破解暗能量之谜?欢迎在评论区留言交流。点赞关注账号,持续分享严谨天文科普,看懂宇宙里有意思的真相。

免责声明:本文基于现代标准宇宙模型科普,星系占比为理论估算值,宇宙学模型会随新观测数据优化,不构成专业学术结论。