我們怎樣才能看到正在消失的宇宙？
圖 1像武仙座星系團一樣，一些遙遠的星系不僅會因為遠離我們而發生紅移，還會有明顯的加速衰退現象。最終在一定距離以外，我們將不再觀測到來自它們的光。
上世紀二十年代，科學家們基於對星系距離的測量和紅移現象發現宇宙正在發生膨脹。到了九十年代，我們知道宇宙不僅僅是在膨脹，那些向更遠處移動的遙遠星系甚至具有一定的加速度。其潛在原因一度被認為是暗能量——它將使宇宙消失在流逝的時間裡。
毫無疑問：可見宇宙中有大約兩萬億星系，其中的97%我們就算此刻以光速出發，依然畢生無法到達。但是雖然我們到達不了，我們仍然可以觀測到它們。更令人著迷的是：新的前所未見的星系們正在不斷地被我們觀測到。我們可能永遠無法抵達那些正在消失的地方，但卻可以看到它。如圖所示。
圖 2在對數尺度上，我們附近是太陽系和銀河系，遠處則是宇宙中的其他星系，大尺度的宇宙網，甚至是緊隨大爆炸之後的狀態。我們目前還無法觀測到這個半徑為461億光年的宇宙視界以外，但未來勢必會實現更廣闊的觀測範圍。今天，可見宇宙裡面包含兩萬億個星系，日後，更遼闊的宇宙空間將會被包含進來。
廣義相對論框架下的引力理論告訴我們，宇宙不可能保持靜止。除非我們甘心拋棄有史以來最成功的兩個物理模型之一，宇宙的膨脹或塌縮話題就不可避免。
原因很簡單。如果宇宙中到處充滿了等量的物質和能量——就像我們觀察到的那樣——我們就可以精確地計算出來時空是如何演變的。這隻取決於三點：
1.膨脹或者收縮率的初始值是多少（可能會是零）
2.目前宇宙中包含的物質和能量總量有多少
3.不同型別的能量分別有多少（物質，暗物質，中微子，輻射，暗能量等）
這樣我們就能推算出宇宙的過去和未來。
圖 3圖示揭示了紅移現象在膨脹的宇宙中是如何發生的：在膨脹的宇宙中，當一個星系越來越遠，它發射的光將會傳播更遠的距離花費更久的時間才能到達觀測點。在暗能量控制的宇宙中，這就意味著個別的星系在遠離我們的過程中看起來似乎在加速，而另一些星系的光可能直到今天才首次抵達我們。
經過幾十年的研究，天文學家們已經可以從河外星系的角度來確定我們宇宙今天的形象了。星系們聚整合組，成團，成絲線狀，這種形式讓我們理解了宇宙的大尺度結構。如果我們把目光轉向宇宙微波背景——今天的星系結構形成的起源，我們就能得到一組首尾相連的影象，揭示了一切是如何演變成為今天的模樣的。
如果我們追本溯源，就能夠得出一個一致的結論。那就是：我們的宇宙自從大爆炸開始已經存在了大約138億年，它由68%暗能量，27%暗物質，4.9%正常物質，0.1%中微子、光量子和其他物質組成，並且永遠不會再塌縮。
圖 4圖示揭示了宇宙可能的不同命運，符合實際的加速模型顯示在右。持續的加速度保證了每個星系一旦不能被我們自身的引力束縛就會加速遠離我們，最終不僅會變得遙不可及，而且總有一天會無影無蹤。
取鄰近的一個單獨的星系為例，我們可以看看它是怎樣隨著時間的流逝消失在我們的視野之中的。你將會看到：開始它會經歷固有的進化過程：吸引一些較小的衛星星系，吸收並且吞噬它們，與此同時形成新的恆星波。如果它和相似體量的星系相撞，就會產生星爆，從而形成一個橢圓星系並把形成恆星的氣體消耗殆盡。
注意，這個星系即使是在進化的過程中，也會變得越來越遠，隨著時間流逝呈現出越來越大的紅移量。當它到達一個臨界距離時——大概150億光年——紅移量超過1，這表明它已經處於一個臨界位置——原則上是一個我們能否以光速抵達的分界點。
圖 5圖示為宇宙的可見區域（黃色邊緣，包含2萬億星系）和可達區域（品紅色邊緣，包含660億星系），這是由空間的膨脹和宇宙的能量組成造成的。黃色邊緣以外還有一個更大的（想象的）邊緣，包含了4.7萬億星系，代表了遙遠的未來人類可能抵達的最遠邊界。
如果取一個極遠的單獨星系為例，你看到的將會截然不同。假設這個星系最初是可見的，你看到的將是它遙遠的過去：回到第一束光發出的時候，沿著宇宙膨脹的歷程繼續向前。它的光將會發生巨量的紅移——甚至達到最初發射波長的兩倍。而你看到的星系比今天——大爆炸結束以後138億年的真實的星系，要年輕得多。
隨著時間的推移，如果你把時鐘撥快數十億年，你將會看到這個星系的光：
變紅變暗顯示它越來越遠它所顯示的銀河系進化程度達到極限即使你觀察了數百千億年，它永遠也進化不到和我們一樣的程度。我們所看到的它，永遠到不了138億歲。
圖 6雖然在極深的區域有超大的、超遠的、非常紅的星系甚至是紅外星系，有些星系甚至比我們在最深處的觀測中發現的還要遙遠。這些星系對我們來說始終可見，但我們永遠看不到它們今天（大爆炸以後138億年）的樣子。
事實上，我們可以想象如果一個星系的光還沒有抵達我們，我們能看到什麼。大爆炸138億年以後的今天，我們所能看到的物體最遠大概在460億光年處。但是任何現在處於610億光年以內的物體，它的光終有一天會抵達我們。
如果光已經發出，正朝我們奔來。假設它已經走了大部分的路程，到達了150億光年以內——一個我們此刻以光速出發就能抵達的極限。雖然宇宙在膨脹，膨脹在加速，這束光依然會在未來的某一天到達我們的雙眼，在遙遠的未來賦予我們看到更多星系的能力。
圖 7我們最深入的星系觀測可以發現數百億光年遠的物體，但在可見宇宙中，依然有成千上萬的星系等著我們去發現。更激動人心的是，宇宙中有一些迄今還不可見的部分，終有一天會揭開神祕的面紗。
但是原則上來說，目前可見宇宙中有2萬億個星系，這個數量上升到4.7萬億將會耗費漫長的時間。
但我們剛才說過宇宙正在消失。我們如何才能在這個過程中既看到已經消逝的宇宙，又能看到更多的東西呢？
這就需要我們深刻地思考一個問題：當我們討論一個遙遠的星系正在消失時，暗能量意味著什麼呢？調動直觀的想象力，假設一個百分之百由物質構成，沒有暗能量的宇宙。如果這樣的話，遙遠的星系就不會加速離開我們，而它明顯的衰退速度會隨著時間的流逝下降到越來越低的值。
圖 8從我們的位置出發，可見宇宙的半徑大概是460億光年，毫無疑問，一定還有更多我們無法觀察到的宇宙區域存在，甚至有無數個，就像我們觀測到的宇宙一樣。隨著時間流逝，我們可以看到它更多的部分，最終看到的星系數量將會是今天的2.3倍。在沒有暗能量的宇宙中我們甚至可以看到全部，但那不是真的。
這就意味著，任何可見天體的紅移量都會隨著宇宙的老去而逐漸消減。時間滴滴答答地溜走，新的發射光最終將會穿過宇宙抵達我們的雙眼，正如我們會老去一樣，所有的星系們也將逐漸衰老。然而，在一個沒有暗能量的宇宙——一個減速的宇宙中，我們能夠看到的星系是無限的，因此它們的表觀壽命也是無限的。只要宇宙不死，探索的邊界就會不斷被更新。
在一個減速的宇宙中，不存在宇宙範圍的限制。因為只要經過足夠長的時間，任何一個星系的光都能夠被我們觀測到。它的第一縷光線一旦抵達我們，之後發射的所有光最終也都難逃我們的視線。
圖 9過去不同時期宇宙中各種能量組分的相對重要性圖示。注意：當未來暗能量幾乎接近100%的時候，宇宙中的能量密度（膨脹速率）將會保持為在時間上任意超前的常量。由於暗能量，遙遠的星系已經以明顯的衰退速度加速遠離我們。這一趨勢始於60億年前——暗能量密度才是總物質密度的一半的時候。
但宇宙並未減速，也不會沒有暗能量。可以說，已有的暗能量“設定”了加速的規模和時間表，並且告知我們宇宙的邊界在哪裡。從它的出現和一些證明它存在的觀測，我們可以得到關於一個已知星系的以下推論：
150億光年以內：我們終有一天可以看到它今天（大爆炸以後138億年）的模樣；如果以光速出發我們甚至可以抵達它。
150到460億光年之間：我們總能看到它，但是它的年齡會逐漸接近一個小於138億年的有限值；即使此刻以光速出發，我們也永遠到不了那裡。
460到610億光年之間：我們現在還看不到它，但未來總有一天可以看到，而且自那以後都可以看到；但它永遠不會像我們今天所能看到的最早的星系那麼古老；我們同樣無法抵達它。
610億光年以外：我們永遠看不到它，也到不了它，那裡的人也永遠不可能看到或者抵達我們。
圖 10我們完整的宇宙歷史在理論上很好理解，但建立在我們理解並認同萬有引力理論的基礎上。因為我們已知宇宙此刻的膨脹速率和能量組成。光會穿過膨脹的宇宙持續執行，而我們也會持續接收無限遠處發來的光，但至於什麼會抵達我們，則受到時間的侷限。我們需要探測到更暗的亮度和更長的波長，才能繼續看到目前可見的物體，這些都是技術上的侷限，而不是物理上的。
我們之所以能看到極遠的星系，是因為它們早在宇宙還相當年輕相對較小的時候就發射出了光，而且一度和我們靠得很近。就算宇宙現在膨脹了，膨脹甚至還在加速，那些在數十億年前發射出的光量子最終依然進入了我們的視野。除此以外，雖然它現在發出的光因為太遠永遠無法抵達我們，在那最初發射以後發出的光卻能夠持續抵達。
觀測上的挑戰在於：由於時間太長，抵達的光量子會越來越少，而光量子本身也會變紅從而攜帶更少的能量。但我們只要針對正確的波段，修建更大更靈敏的望遠鏡，觀測到的星系數量就會與日俱增——總量可高達4.7萬億——即使是在這樣一個被暗能量控制的，日漸消亡的宇宙中。
FY: 萊利