宇宙正在消失，我們沒有辦法阻止它

• 大爆炸後，物質、能量和輻射在迅速膨脹的狀態下，宇宙幾乎完全統一。隨著時間的流逝，宇宙不僅由於引力而聚集形成星團，而且在最大的尺度上個體聚合結構彼此無情地飛離。令人不安的是，隨著時間的流逝，每個星團都會從你的視線中消失。

自從科學家首次推測宇宙正在膨脹，星系離我們越來越遠，而且退去得越來越快。這並不是因為星系在物理上遠離我們，而是因為宇宙中充滿了引力的物體，這些物體所居住的空間結構正在擴大。

但是，從20世紀20年代開始，這幅圖就一直在不斷的修改。自從我們第一次意識到這種膨脹正在加速，僅僅20年，隨著時間的流逝，單個星系似乎越來越快地離我們遠去。到時候，即使我們以光速朝它們走去，它們也會變得遙不可及。宇宙正在消失，我們對此無能為力。

• 在智利北部的拉西亞（La Silla）天文臺看到的銀河系，對於任何人來說都是一個令人驚豔、令人敬畏的景象，它為我們呈現銀河系中許多恆星的壯觀景色。然而，在我們的星系之外，還有數以萬億計的其它星系，難以置信的是它們都在遠離我們。

當你看到一束旅行了100年光時，你看到的這顆發光恆星離你100光年遠，因為光速是恆定的。但是，當您看到一個星系，它的光是在一億年的旅程後到達，您所看到的並不是一個相距一億光年的星系。相反，你看到的是一個遠得多的星系！

其原因是，在最大尺度上，那些沒有被引力束縛在一起的星系、星系群或星團在宇宙中膨脹。光子從遙遠的星系向你的眼睛傳播時間越長，宇宙膨脹的作用就越大，這意味著最遙遠的星系甚至比它們光所經過的時間還要遠。

• 星系越遠，它離我們越快，它的光看起來越紅移。今天，隨著宇宙膨脹而移動的星系將比它從它發出的光到達我們的年數（乘以光速）還要大。

這表現在宇宙的紅移。由於光是用特定能量發射的，因此是一種特定的波長，我們完全期望它也會以特定波長到達目的地。如果宇宙的結構既不膨脹也不收縮，而是恆定的，那麼這個波長將是相同的。但是，如果宇宙在膨脹，空間的結構會拉伸，如上面圖所示，因此光的波長會變長。這張圖片上的最遙遠的星系觀測到的巨大紅移，已得到了驗證。

• 遙遠的星系，就像在大力神星系團中發現的星系群一樣，不僅已經紅移並遠離我們，而且它們明顯的消退速度也在加速。最終，我們將無法接收到它們的光。

但是，我們能做的遠不止確定宇宙已經膨脹並繼續膨脹。我們可以利用我們收集的所有信息來得出結論，宇宙是如何在其歷史中膨脹的，這反過來又告訴我們是由什麼組成宇宙。

一旦光離開一個遙遠的宇宙源，膨脹的宇宙就會延伸光的波長。這導致紅移，當宇宙的不同組成部分（如暗能量、物質或輻射/中微子）更重要時，較遠的物體將處於較長的時間位。

• 測量宇宙大距離的兩種最成功的方法是基於其表面亮度（L）或其表面角尺寸（R），這兩種方法都是直接可觀測到的。如果我們能夠理解這些物體的內在物理特性，我們可以將它們用作標準蠟燭（L）或標準標尺（R），以確定宇宙在宇宙歷史中是如何膨脹的，並瞭解宇宙由什麼組成。

通過在一系列距離上測量光源源，發現它們的紅移，然後測量其內在對錶觀大小或內在對錶觀亮度，我們可以重建整個宇宙的膨脹歷史。

此外，由於宇宙的膨脹方式是由宇宙中存在的各種物質和能量決定，因此我們可以瞭解宇宙是由以下物質組成的：

• 68%暗能量，相當於宇宙常數，
• 27%暗物質，
• 4.9%正常（質子、中子和電子）物質，
• 0.1%中微子和反中微子，
• 約0.008%的光子，以及
• 絕對沒有別的，包括沒有曲率，沒有宇宙弦，沒有域牆，沒有宇宙紋理，等等。

• 過去不同時期宇宙中不同能量成分的相對重要性。請注意，當暗能量在未來達到接近100%時，宇宙的能量密度（因此，膨脹速率）在時間上將保持任意地保持恆定。由於暗能量，遙遠的星系已經加快了從我們這裡明顯消退的速度。

一旦我們知道宇宙的精確構成，我們就可以簡單地將它應用到引力定律（由愛因斯坦的廣義相對論給出），並確定我們宇宙的未來命運是什麼。當我們第一次將這個應用於發現一個暗能量主導的宇宙時，我們的發現令人震驚。

首先，這意味著所有尚未受到引力約束的星系最終都會從視野中消失。隨著宇宙的不斷膨脹、膨脹和再膨脹，它們會以越來越快的速度離開我們，不受引力或任何其他力量的抑制。隨著時間的流逝，一個星系會越來越遙遠，這意味著這個星系和我們自己之間的空間越來越大。由於空間繼續膨脹，星系似乎以越來越大的速度移動。

• 這裡顯示的GOODS-North調查包含一些迄今觀測到的最遙遠的星系，其中一些星系的距離得到了獨立確認。在這張圖像中拍攝的許多星系已經無法到達，即使我們今天以光速旅行。

但有一個必然的結論，該結論更令人不安。這意味著，在離我們特定的關鍵距離上，空間結構本身的膨脹使得光子要麼離開我們的星系走向遙遠的星系，要麼離開一個遙遠的星系朝我們行進，將永遠無法到達我們星系。宇宙的膨脹速度如此之大，以至於即使我們以光速行進，我們也無法接近遙遠的星系！

目前，這個距離"只有"大約150億光年。如果考慮到我們可觀測到的宇宙半徑約為460億光年，並且所有空間區域（平均和最大尺度上）包含相同數量的星系，這意味著即使我們今天以光速旅行，我們能到達的星系只佔宇宙星系總數的3%左右。

• 宇宙的可觀測（黃色）和可到達（洋紅色）部分，在我們可觀測的宇宙中，97%的星系都包含在洋紅色圈之外；只有3%在洋紅色區域內。

這也意味著，平均而言，每秒有兩萬顆恆星從可到達過渡到無法到達。一秒鐘前發出的光總有一天會到達我們，但一秒鐘後發出的光，卻永遠不會到達我們的星系。這是一個令人不安結論，但也有一個更樂觀的方式看待它：這是宇宙提醒我們，一定要珍惜每一秒。這是宇宙告訴我們，如果我們想要超越我們自己的本地組，超越由仙女座、銀河系和大約60個小衛星星系組成的引力約束的天體集，我們一刻也不能延誤，每延誤一刻，我們都會失去一個接近機會。

• 圖中顯示，宇宙的不同的命運，與我們實際的、加速的命運顯示在右邊。持續加速確保每個星系不會受到引力約束，最終會加速遠離我們，不僅我們無法到達，而且對我們不可見。

從銀河系的角度來看，在我們今天宇宙中估計的兩萬億個星系中，只有大約3%的星系仍然可以到達。這也意味著，由於暗能量導致宇宙加速膨脹，我們可觀測的宇宙中97%的星系已經無法進入人類範圍。隨著時間的流逝，我們本地集團以外的每一個星系都註定會遭遇同樣的命運。

除非我們發展星系間旅行的能力，前往其他星系群和星團，否則人類將永遠被困在我們當地的星系群中。隨著時間的流逝，我們甚至沒有能力，將信號發送到位於大宇宙之外的天體，或接收位於大宇宙之外天體發出的信號。宇宙的加速膨脹是無情的，現有宇宙所具備的引力不足以克服它。宇宙正在消失，我們沒有辦法阻止它。

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