【博科园-科学科普】当你观察一颗经过100年向你移动的恒星时，你看到的是100光年之外的恒星，因为光速是有限的。但是当你在一个有1亿年的旅程的星系中看到它的光时，你并没有看到一个1亿光年远的星系。相反你看到的是一个远比它远的星系！原因是在最大的尺度上那些没有被引力联系在一起的星系、团体或星团——宇宙正在膨胀。从一个遥远的星系到你的距离越远，一个星系的距离越远，它离光传播的时间也就越远。
这是一个宇宙红移，由于光以特定的能量发射因此特定的波长，我们完全期望它也会以特定的波长到达它的目的地。如果宇宙的结构既不是膨胀也不是收缩，而是不变的，那波长就会是一样的。但如果宇宙在膨胀那空间的结构。光线的波长变得更长。
图片：Larry McNish of RASC Calgary Center
一个遥远的宇宙光源被红移量为我们提供了一个窗口，让我们了解宇宙膨胀的程度，因为它为我们留下了它的来源。通过测量所有距离的光源，发现它们的红移，然后测量它们的内在和明显的大小，或者它们的内在和明显的亮度，我们就可以重建整个宇宙的膨胀历史。
标准烛光(L)和标准标尺(R)，用于测量宇宙距离。图片：NASA/JPL-Caltech
此外由于宇宙膨胀的方式是由各种物质和能量所决定的，我们可以了解我们的宇宙是由什么组成的，但或没有其他包括没有曲率，没有宇宙弦，没有域壁，没有宇宙结构等等。
但一旦我们知道宇宙是由什么构成的，我们就可以简单地把它应用到万有引力定律(爱因斯坦的广义相对论中)，并确定宇宙未来的命运是什么。当我们第一次将其应用于暗能量主宰宇宙的发现时，我们发现了令人震惊的事实。
扩展宇宙的可能模型。图片：NASA & ESA
宇宙的膨胀是宇宙大爆炸的一个重要特征，也是我们所居住宇宙的一个一般性质。自1929年埃德温·哈勃(Edwin哈勃)观测到宇宙膨胀的发现以来，天文学家们试图了解它的行为。
首先它意味着那些没有被引力束缚的星系最终会从视野中消失。他们会以不断增长的速度远离我们，因为宇宙继续膨胀，不受引力或任何其他力量的制约。随着时间的推移一个星系会越来越远，这意味着星系和我们自己之间的空间越来越大。但由于空间继续以有限的、非递减的速度扩张，星系似乎因空间的膨胀而加速。事实上我们和那个星系都没有移动得非常快，但我们之间的空间继续扩大，使它从我们的视野中消失。
但不可避免的是这导致了更令人不安的结果。在一个特定的关键距离之外，空间结构的膨胀使得光子要么离开我们的星系向遥远的星系前进，要么离开一个遥远的星系朝向我们的方向永远无法到达我们。宇宙的膨胀率如此之大，以至于遥远的星系都无法到达我们的宇宙，即使我们以光速前进。
包含了我们所观察到的一些最遥远的星系，其中很多都是我们无法到达的。图片：NASA, ESA, and Z
目前这个距离只有150亿光年。如果你认为我们可观测的宇宙大约有460亿光年的半径，这空间包含所有地区(平均和在大尺度上)相同数量的星系彼此，这意味着宇宙中星系总数只有约3%的目前我们可以到达，其他97%的即使我们以光的速度运动，也永远无法到达！
这也意味着平均2万颗恒星每秒钟都在“跃迁”，从可到达到无法到达。他们在一秒钟前发出的光，总有一天会到达我们，但他们发出的光却永远不会。这是一种令人不安、发人深省的想法，但也有一种更为乐观的方式来看待它：这是宇宙提醒我们每一秒是多么珍贵。宇宙告诉我们如果我们想要超越我们自己的本星系群——除了由仙女座、银河系和大约50个小的卫星星系所组成的引力束缚的一系列物体之外，我们每耽搁一段时间，就会失去一个机会。
图片：E. Siegel, based on work by Wikimedia Commons users Azcolvin 429 and Frederic MICHEL
在我们可观测宇宙中97%的星系都是我们无法到达的，但仍有3%的星系留给我们数十亿的选择和机会。如果我们希望探索这些问题，我们应该尽早采取行动，而不是更晚些时候，因为我们每耽搁一段时间，就会失去到达一些星系的机会。
作者：Ethan Siegel（天体物理学家）
来自：Forbes science
编译：中子星
审校：博科园
