在這個膨脹的宇宙中，星系離我們越遠，它似乎越快地離我們遠去。隨著時間的流逝，這些星系中的每一個都會逐漸遠離，並且以越來越快的速度飛離。簡單地說，宇宙不僅僅是在膨脹，而是隨著時間而加速。在過去的二十年裡，一種新能量形式——暗能量——不僅正在推動這種加速膨脹，而且是我們宇宙中占主導地位的能量形式。

圖注：哈勃極致深場（XDF）可能觀測到的天空僅佔總數的1 / 32,000,000，但是卻能夠發現其中多達5500個星系：估計其中實際包含的星系總數的10％ 鉛筆束式切片。 剩下的90％的星系太暗，太紅或太暗而無法被哈勃發現。 隨著時間的流逝，隨著更多宇宙的發現，該區域內的星系總數將從約55,000個增加到約130,000個。

儘管如此，今天，在炎熱的大爆炸發生了138億年之後，今天我們可以觀察到的星系比我們宇宙歷史上的任何先前時刻都要多。更令人困惑的是：隨著時間的流逝，潛在可觀測星系的數量將增加，而隨著宇宙鐘的不斷滴答聲，其數量將增加一倍以上。即使它們越來越快地消失，也不會有一個星系完全消失在我們的視野之外。

圖注：回顧哈勃超深場的宇宙時光，ALMA望遠鏡追蹤了一氧化碳氣體的存在。 這使天文學家能夠建立宇宙恆星形成潛力的3D影象。 富含氣體的星系以橙色顯示。 基於此影象，您可以清楚地看到ALMA如何發現哈勃無法發現的星系中的特徵，以及ALMA如何看到哈勃完全看不見的星系。 所有這些星系，以及更多星系，對我們來說都是永遠可見的，而且遠在未來。

自從炙熱的大爆炸的第一刻起，宇宙就參與了一場巨大的宇宙競賽。 一方面，宇宙具有初始膨脹率：隨著時間的推移，快速驅動空間中任意兩個分離的點。 另一方面是令人難以置信的引力，它吸引各種形式的物質和能量相互靠近，並與初始膨脹競爭。可以根據此設定想象三種可能的結果。

最初的膨脹對於我們擁有的物質和能量來說太大了，並且宇宙一直在不斷膨脹。

最初的膨脹速度需要太多的物質和能量，宇宙會膨脹到最大尺寸，然後收縮，最終崩潰。

或宇宙恰好存在於這兩種情況之間的邊界上，在那兩種情況下，膨脹率漸近為零，但從未完全消失。

幾代人以來，我們一直試圖衡量這些可能性中的哪一個符合我們的宇宙。當觀察結果最終出來時，我們都震驚了。

圖注：宇宙的預期命運（前三個插圖）都對應於一個宇宙，在該宇宙中，物質和能量共同對抗初始膨脹率。在我們觀察到的宇宙中，宇宙加速是由某種至今尚未解釋的暗能量引起的。 所有這些宇宙都由弗裡德曼方程式控制，該方程式將宇宙的膨脹與其中存在的各種物質和能量聯絡起來。這裡有一個明顯的微調問題，但可能是潛在的物理原因。

然而，與這三種情況不同的是，宇宙做了一些不同的事情。在最初的幾十億年裡，膨脹率與物質和能量密度幾乎完美地平衡了，膨脹率一降再降，密度也隨之下降，朝著膨脹率漸趨零的狀態發展。

遙遠的星系似乎離我們越來越慢退去，即使它們達到更高和更遠的距離。隨著膨脹率的下降，超遠星系（它們的光已經向我們射流了數十億年）開始追上我們，並最終向我們揭示了它們的存在。

然後，大約在60億年前，這些超遙遠的星系突然以更快的加速速率遠離我們。 突然間，黑暗能量的存在被揭露了。

圖注：物質（頂部），輻射（中部）和宇宙常數（底部）在不斷擴充套件的宇宙中隨時間變化。 隨著宇宙的膨脹，物質密度變稀，但是隨著輻射波長擴充套件到更長，能量更低的狀態，輻射也變得更冷。 另一方面，暗能量的密度如果按照目前的想法執行，則將真正保持不變：作為空間本身固有的一種能量形式。

原因很簡單。當宇宙膨脹時，它的體積增大，但其中的粒子數保持不變。隨著時間的推移，物質密度與宇宙體積成比例下降：任何兩點到第三次方的距離。輻射下降得更厲害（達到四次方），因為粒子的數量不僅會稀釋，而且膨脹的宇宙也會延長輻射的波長。

但如果空間本身固有的能量不是零，那麼即使宇宙膨脹，能量密度也不會下降。相反，暗能量密度保持不變，這意味著隨著物質和輻射密度的大幅度下降，暗能量變得更加重要。到目前為止，大爆炸後138億年，它已經成為宇宙中能量的主要形式。

圖注：宇宙能量密度的各種成分和貢獻者，以及它們何時起主導作用。 請注意，在大約最初的9000年中，輻射在物質中占主導地位，但相對於物質而言，輻射仍然是重要的組成部分，直到宇宙存在數億年之久，從而抑制了結構的引力增長。 在後期，暗能量成為唯一重要的實體。 儘管從理論的角度來看，宇宙弦和疇壁很有趣，但是在這個宇宙中似乎並不存在。

這對宇宙的膨脹意味著什麼？

很多重要的事情並不都是直觀的，但是當你將膨脹宇宙的數學應用到我們所觀察到的物理宇宙時，結果卻是正確的。以下是一些亮點：

今天的宇宙，向四面八方延伸了461億光年，這意味著大爆炸瞬間發出的光會到達我們這裡，今天，在膨脹的宇宙中，它的原點現在距離我們461億光年。

任何超過一定距離的物體都會以如此之快的速度離開我們，以至於即使我們今天乘坐一艘以光速行駛的假想船離開，我們也無法到達它。

當你計算宇宙是如何膨脹的時候，這個距離意味著無論我們做什麼，包含在可觀測宇宙中的所有星系中的94%已經是不可到達的。

圖注：可見宇宙的大小（黃色），以及我們可以達到的數量（洋紅色）。可見宇宙的極限是461億光年，因為這就是今天剛剛到達我們的物體在離我們138億年之後離我們遠得多的極限。然而，在大約180億光年之後，即使我們以光速向它飛去，我們也永遠無法進入這個星系。

這確實讓人覺得宇宙正在消失，不是嗎？隨著時間的推移，以星系團和星系群的形式結合在一起的單個星系——就像我們與仙女座星系、三角星系和其他大約60個較小的星系結合在一起一樣——將保持在這些單獨的星系團中，但隨著宇宙的演化發展，這些獨立的星系團都將以越來越快的速度彼此遠離。再過1000億年左右，我們將根本無法到達本地星系群之外的單個星系。

然而，今天我們所能看到的星系數量是有史以來最大的，而且這個數量只會隨著時間的推移而不斷增加。原因是違反直覺的，除非你在宇宙膨脹的背景下研究廣義相對論已經有很長一段時間了。當光在宇宙中傳播時，即使宇宙隨著時間而膨脹，從越來越遠的地方發出的光最終也會追上來。

圖注：這個簡化的動畫顯示了在膨脹的宇宙中，光如何發生紅移以及未繫結物件之間的距離如何隨時間變化。 請注意，這些物體的開始距離比光在它們之間傳播所花費的時間更近，由於空間的擴大，光發生紅移，並且兩個星系的距離比交換的光子所走的光旅行路徑遠得多。 它們之間。

今天，經過138億年的旅程後到達的光具有以下特性。

當那光在很久以前發出時，宇宙要小得多，發出那光的遙遠物體離我們的距離甚至比138億光年還要近得多。

隨著宇宙在其歷史上不斷膨脹，光在不斷膨脹的宇宙中傳播，如果以光速傳播138億年，那麼它總共傳播了138億光年。

今天，如果我們把一個假想的點放在發出光的座標上，它現在就在461億光年之外。

想象一下，我們問了這樣一個問題：如果我們有一個任意大的，強大的，穿透塵埃的望遠鏡，我們現在能看到多少星系？第一次，我們可以透過觀測和宇宙結構形成理論的結合來回答這個問題：2萬億星系包含在我們可觀測的宇宙中。

圖注：插圖時對可觀察宇宙的對數尺度概念。 請注意，自大爆炸以來發生的時間量有限，我們可以回溯的時間是：138億年，或者（包括宇宙的膨脹）460億光年。 從我們的角度出發，生活在我們宇宙中任何地方的任何人都會看到幾乎完全相同的事物。

然而，隨著時間的推移，我們可能看到的星系數量會發生什麼變化呢？我們會看到更多的星系嗎？更少的星系？還是同樣數量的星系？

為了回答這個問題，我們需要了解光是如何穿越不斷膨脹的宇宙的。即使宇宙膨脹加速，遙遠的星系似乎隨著時間的推移越來越快地從我們身邊消失，宇宙視界總是在增大。自從大爆炸第一次發生以來，來自越來越遠的距離的光已經到達宇宙中的任何一個給定點。今天，我們可以看到在宇宙中傳播了138億年（或更少）的光，這將我們帶到461億光年之外的宇宙視界。

但隨著時間的推移，我們將能夠看到需要更長時間才能看到的光：139億、150億，甚至1000億年才能到達。隨著時間的推移，我們今天看不見的星系總有一天會出現。

圖注：在遙遠的宇宙中，一個星系被創造出來併發光。我們暫時看不到該光，只是經過了特定的時間之後：根據它與宇宙的初始原始距離，該遙遠星系在膨脹的宇宙環境中到達我們眼睛所花費的時間。

因為我們瞭解暗能量是如何驅動宇宙膨脹的——我們知道宇宙是由什麼組成的，膨脹歷史是如何隨時間演變的——我們可以計算出宇宙將有多少可以被我們觀察到。今天，它對應於我們613億光年內的任何物體：比我們現在所能看到的要遠33%。當宇宙的歷史繼續展開，我們允許時間無限遠地進入未來，所有在那裡的星系，現在在我們可見的視界之外，將最終向我們展示它們自己。

就體積而言，這相當於宇宙的135%，超過了我們現在所能觀察到的。如果我們今天總共有2萬億個星系可見，那麼在遙遠的未來，如果我們足夠善於從這些超遠、超微弱的物體中收集光線，我們將有4.7萬億個星系需要研究：是我們今天的兩倍多。

圖注：今天，在大爆炸之後的138億年，我們可以看到我們周圍460億光年半徑內的任何物體，因為自大爆炸以來，光就已經從這個距離到達了我們。 但是，在不久的將來，我們將能夠看到目前遠達610億光年的物體，這意味著我們將能夠觀察到的空間量增加了135％。

今天，目前，在我們可觀測的宇宙中大約包含2萬億個星系。我們只能訪問其中的6％，這意味著其他94％的內容將始終像過去一樣顯示；我們永遠也不會看到它們，因為它們在大爆炸之後的138億年就已經存在了，因為那種光芒永遠不會到達我們身邊。但是隨著時間的流逝，即使我們僅會看到它們處於宇宙初期，也將發現更多的星系，這使可觀測星系的總數達到約4.7萬億：是今天的兩倍。

所有這些星系曾經都離我們很近，即使宇宙永遠膨脹，它們的光最終也會到達我們的眼睛。我們有一天可以看到的內容有一定的限制，但是我們還沒有達到。而且，什麼也不會真正消失。光子將以較少的頻率和更少的能量到達。如果我們知道我們要尋找的東西，那麼那些遙遙無期的宇宙將不僅可以被觀察到，而且我們將能夠比以往看到更多的東西。

你好，很高興回答這個問題，目前的科學觀察和研究支援宇宙大爆炸理論，看出來您也傾向於這個理論，19世紀20年代，美國科學家哈勃研究波的運動時發現了紅移定律，即宇宙天體的紅移隨著它們的距離增大而成正比地增加，簡單地說，就是兩個天體如果距離在變大，所能觀測的波的波長就會變長，反之則會變短。透過紅移定律發現，絕大多數星系在離我們遠去，為認為宇宙膨脹的現代相對論宇宙學理論提供了基石。

透過進一步研究發現，宇宙的膨脹一般會形成兩種結果，開宇宙和閉宇宙，開宇宙指宇宙一直膨脹下去，直至熱寂消失。閉宇宙指膨脹速度會由於引力作用減慢，最終被引力拉回去重歸原點。這兩種結果的界限在於宇宙的“逃逸速度”，我們知道在地球發射衛星或者飛船，要超脫地球引力繞地飛行，需要達到第一宇宙速度，要超脫太陽系繞太陽飛行，要達到第二宇宙速度，想要擺脫太陽系，需要達到第三宇宙速度。同理，宇宙整體也存在逃逸速度，宇宙天體之間萬有引力相互作用就好比地球的引力，如果膨脹速度大於了逃逸速度，就會形成開宇宙，反之為閉宇宙。

就以目前觀測的宇宙空間，科學家估算出來的結果，目前是處於開宇宙，但是計算宇宙的“逃逸速度”，需要對宇宙質量精確的把控，目前未知區域太多，所以宇宙的真實狀態仍然未知，相信隨著科學發展，最終會找到答案。

回到你最初的問題，如果是開宇宙，星系的確會遠離我們直至消失。但是如果是閉宇宙，他們會再回來的，當然，我們可能需要千秋萬代興許才有機會再見它們了。

目前的研究認為，隨著時間增加，可觀宇宙在未來的一段時期內範圍還會增大，直到一個最大上限。之後可觀宇宙範圍應該一直穩定，但可觀測到的天體數量應該逐漸下降，直到離你最近的一顆天體隨著宇宙膨脹到達粒界邊緣。然後然後……就是全宇宙都是你的了！當然這都是根據現在的哈勃常數為前提所做的推斷。

諸如人類的呼吸式膨脹都是合法應該的；但是，象氣球那樣的膨脹卻是存在著一個合理的限度問題，充氣過量的走向，則必然是一個結局——嘭！爆炸。

我們現在所看到的物體，我們能看見是因為光的作用，我們才能看見所有的物體，科學家已經證實了宇宙在膨脹，而且是加速膨脹，膨脹的速度已經超過光速，按照這樣的規律下去，毫無疑問，當我們現在所觀測到的星系或者星雲膨脹超過光速，離我們而去的時候，我們將無法觀測到他們。雖然我們無法看見他們，但並不代表他們不存在。