當我們現在觀察到一顆距離我們100光年遠的恆星的時候，那證明這束恆星發出的光線已經在宇宙中傳播了100年，因為光速是恆定的。

但當我們看到遠方的一個星系的時候，假如它的光線已經在宇宙中奔騰了1億年，那麼這個星系現和我們的距離將比1億光年遠的多！

為什麼會出現這種情況？

因為，宇宙正在膨脹，而且膨脹速度越來越快！

宇宙正在加速膨脹？

1929年，美國天文學家哈勃觀測到這樣一個結果：所有的星雲都在彼此互相遠離，而且離得越遠，離去的速度越快！

此處要插個題外話：當時觀測條件非常艱苦，設備很大不僅操作費力還經常出現故障，而且星系這種暗光源曝光時間長達幾十分鐘乃至數小時之久，期間還要保持對目標星系的準確跟蹤。有時，哈勃甚至用自己的肩膀扛起巨大的鏡筒，人們調侃地形容說“凍僵了的哈勃”就“像猴子般地”成夜待在望遠鏡的五樓觀測室內，“臉被暗紅色的燈光照得像個醜八怪”，由此足見這位天文學大師嚴謹的科學態度和頑強拼搏的科學精神。功夫不負有心人，經過幾年的努力工作，到1929年哈勃獲得了40多個星系的光譜，結果發現這些光譜都表現出普遍性的譜線紅移。

所以，哈勃認為：整個宇宙都在不斷膨脹，星系彼此之間的分離運動也是膨脹的一部分，而不是由於任何斥力作用。

哈勃進而提出“哈勃定律”：Vf = H0 x D，其中

再後來，隨著觀測工具的更新換代，科學家採用Ia超新星、造父變星、紅移等多種觀測方法證實了宇宙膨脹的正確性，而且精確的測定了哈勃常數，目前測定的數值是73.5km / (s·Mpc)，也就是說，星系間的距離每增大1Mpc，星系的相互退行速度便增大73.5km / s。

什麼是紅移？

在日常生活中你或許有過這樣的經驗：當一輛救護車或者警車從你面前駛過時，當車向你的位置駛來時，你會發現警報聲越來越尖銳，而當車逐漸遠去時，警報聲調也就隨之逐漸降低了。這一現象的背後其實是一種物理原理，被稱作“多普勒效應”——當車輛向你靠近時，聲波被壓縮，頻率增高，聲音變得尖銳；反之聲波波長被拉昇，聲調降低。

而光線作為一種波，也存在這樣的現象，當光源（例如恆星）遠離我們的時候，它發出的光波長被拉伸到紅端，稱為紅移，當光源（例如恆星）靠近我們的時候，它發出的光線波長被壓縮到藍端，稱為藍移。

我們如何知道宇宙在膨脹？

宇宙膨脹的葡萄乾模型，相對距離隨空間（麵糰）的擴大而增加

測量宇宙星體距離時，我們通常採取宇宙階梯測量法，也就是說在不同的距離上採取不同的方式，近距離（比如太陽系內）採用無線電反射測量法，遠距離（比如銀河系內恆星）採用三角視差法，超遠距離（比如其他星系）採用標準燭光法（一般通過辨認造父變星和Ia超新星作為標準燭光）。

但在觀測中發現遠方的星系均不同程度出現紅移現象，也就是說光線波長被拉伸，這就說明所有的星系都在遠離我們。

另外，在宇宙學中，有一條未能完全證實的“公設”性基本原理，即宇宙學原理。它的含意是：在空間中任意一點，以及從任意一點位置上的任一方向來進行觀察的話，宇宙的大尺度圖景是沒有區別的；而且對宇宙中各處的觀測者來說，他們所觀察到的物理量和物理規律完全相同，沒有任何一個觀測者會處於與眾不同的特殊地位。根據宇宙學原理，地球上所觀察到的宇宙大尺度圖景也能被處於任何其他天體上的觀測者看到，這就意味著由地球觀測者所發現的哈勃定律應該同樣適用於宇宙中的任何天體。

於是，我們可以得知，在任何一個星系上，都能看到其他星系在遠離自己，而且距離越遠，遠離的速度越快。從而得出，這個宇宙是一個不斷膨脹的宇宙，而且這種膨脹是一種全空間的均勻膨脹。因此，在任何一點的觀測者都會看到完全一樣的膨脹，從任何一個星系來看，一切星系都以它為中心向四面散開，越遠的星系間彼此散開的速度越大，從這個結果反演宇宙歷史，科學家建立了宇宙大爆炸模型。

宇宙膨脹的結果是什麼？

科學家經過多年的宇宙觀測，初步揭示了宇宙的構成：

• 暗能量佔到68%
• 暗物質佔到27%
• 正常物質（質子、中子和電子）佔到4.9%
• 質子和中微子佔到0.1%
• 光子約佔0.008%
• 絕對沒有其他元素，其中包括曲率、宇宙弦、疇壁和宇宙紋理等

正因為我們能夠以這樣的精度瞭解宇宙的構成，我們才可以將宇宙的構成與引力定律（由愛因斯坦的廣義相對論推導而來）結合，並預測我們宇宙的未來命運，不過這個預測結果令人非常震驚。

推論一，那些沒有被引力束縛在一起的星系最終將相互遠離，直到從對方視野消失。因為隨著宇宙不斷膨脹，它們由於不受引力或其他力量的限制，相互遠離速度將不斷加快，最終，星系之間的空間會越來越大，這也包括我們所在的星系，屆時，我們會看到周邊星系以越來越快的速度遠離我們。

推論二，宇宙空間的膨脹，使得我們也許永遠也看不到超過特定距離的星系向我們發射的光線，我們可觀測宇宙將越來越空，物質越來越少，我們無法到達的恆星數量，平均每秒就增加2萬顆，這些恆星在1秒前發射的光線還能被我們看到，但從這1秒發射的光線，我們也許永遠也看不到了。這個結果令人非常不安、非常發人深省，但從另外一個角度講，也是宇宙對我們的警示——珍惜我們的每一秒，因為它們都是彌足珍貴的，因為如果我們想脫離所處的星系群（由引力束縛起來的，由銀河系、仙女座星系和大約60個小型衛星星系組成的天體群），每延遲一秒，就意味著失去了很多機會！

推論三，我們可到達的星系越來越少。宇宙膨脹速度如此之快，以至於即使我們以光速“飛行”，也無法到達遙遠的星系！目前，這個“距離”僅為150億光年。如果按照科學家測算的可觀測的宇宙半徑——約為460億光年，並且所有空間區域（平均和最大尺度）包含相同數量的星系，一個可怕的景象就是，即使我們立刻從地球啟程光速前往可觀測宇宙邊緣，我們也只能到達約3%的星系，而可觀測宇宙的其他97%的星系已經超出了人類的的能力範圍，甚至隨著宇宙膨脹，我們所處星系群之外的每個星系，也終將離我們而去，再也無法相見。

我們會因為宇宙膨脹變胖嗎？

有網友提出一個很有意思的問題，也一併給大家解釋一下。

他說，宇宙一直在膨脹，那是不是意味著我們都會因此變胖呢？

這個，大家大可不必擔心，因為雖然宇宙在宏觀尺度上是不斷膨脹的，但是宇宙的對稱性並不是很完美。宇宙有很多區域質量很密集，比如行星、恆星、星系和星系群，但也存在一些區域，恆星密度非常低，比如星系群之間的大空洞，就幾乎沒有質量。產生這種現象的原因就在於宇宙在不同尺度上還存在很多其他物理現象，在人體這種小尺度上，電磁力和核力占主導地位，在恆星、星系的大尺度上，引力起了重要作用。

儘管無論是大尺度還是小尺度，都具有宇宙膨脹的“分速度”，但是整體表現出來是怎樣的，還是要看“合速度”。只要有某種力抵消了宇宙膨脹的“分速度”，那麼就會觀察不到宇宙膨脹現象，甚至還會出現相互靠近的現象（比如，銀河系和仙女星系的靠近，磁鐵之間的吸引等）。

在宇宙膨脹的“張力”（本質是大爆炸後物質的慣性膨脹速度）和萬有引力、電磁力以及核力之間的拔河比賽中，宇宙膨脹的“張力”只在宇宙尺度上佔了上風，而在其他尺度上，引力、電磁力和核力則穩操勝券。

所以，你既不用擔心宇宙膨脹能把你變胖，也不用擔心宇宙膨脹使仙女系、銀河系分割兩地，畢竟該撞的還是要撞！

我們怎麼辦？

我們如果能發奮圖強，儘快發展出星際旅行能力並前往其他星系群，也許我們還可以將人類的火種播撒到儘可能多的星系，否則最終等待人類的結果將是永遠困在我們所處的星系群中。

或者我們能夠揭示暗物質或暗能量的秘密，我們或許可以在一定尺度上通過某種力抵消宇宙膨脹的“張力”，從而局部的遏制宇宙膨脹。

不過說實話，以目前人類的技術水平，真的什麼也做不了，無能為力。

關注《未來科技社》，我們一起眺望未來！