引導著這種擴充套件。儘管愛因斯坦斷言沒有任何物體的移動速度可以超過光速,但他的定律所限制的只是物體的運動,而不是物體實際佔據的空間。的確,在我們星系和其他遙遠星系之間的宇宙空間能以驚人的速度伸展擴張,以至遙遠星系或許會後退得比光速還快。
然而,假設星系遠離我們的速度快於光速,那它發出的光不應該永遠到達不到我們這邊嗎?對我們來說,這樣一個無法觀察到的星系實際上等同於不存在。考慮到似乎無窮大的宇宙和無窮久遠的存在時間,有數以萬計的星系是我們所無法企及的。天文學家應該就這樣放棄他們對星際的探索嗎?
哈勃常數
儘管自然界的暗能量仍逃避著我們,但我們知道它擴張空間的速率。可是,讓我們震驚的是這個速率並不是一成不變的:擴張速度為加速度,這意味著星系的體積越大,它遠離我們的速度就越大。遠離的速度被確定為71公里每秒,兩個星系相距以百萬秒。這稱為哈勃常數。百萬秒是用來衡量天文距離的長度單位。一百萬秒等於3.26光年(光穿梭一年的距離),一百萬秒是 3.086×10^19公里。
圖解:知道宇宙並不只是在單獨的一個點擴張是至關重要的,它是全方位的擴張。麵糰裡的葡萄乾是用來解釋膨脹的最常用的比喻。當嵌入葡萄乾的麵糰在烤箱中加熱時,麵糰會膨脹,導致葡萄乾分開,就好像它們在互相遠離。葡萄乾是星系,麵糰是星系之間的空間。沒有中心點,一切都是相關聯的。
以這個加速度擴張,兩個星系相距2百萬秒以142公里每秒相後退,相距4百萬秒以284公里每秒相後退!而光速是驚人的3億米每秒或3萬公里每秒。要計算兩個星系之間的距離是很容易的,它們會以300000千米/秒的速度彼此遠離——大約4225百萬秒。(記住,這個距離是一個近似值,因為光速是稍小於30萬公里每秒。)
我們並不驚訝數以萬計的星系因此無法被探測;4225百萬秒差距幾乎是一個灰塵或一些極其微小的物體,這就是宇宙。可供觀測的宇宙直徑估計有大約28億秒差距。然而,哈勃望遠鏡在測量絕對虛無的時候,卻成功地捕捉到了這一點(下圖)——它遠遠越過了海洋,甚至遠遠超出了地平線……
圖解:哈勃的超深領域,是如此地美麗、神聖。
圖片中在更深處閃耀的物體是星系們和星系群,它們在宇宙仍青春之時就已在那裡發光發熱。這幅完整的影象是一本相簿,記錄了宇宙史詩般的生命。你正在目睹的是宇宙的過去,也只有這樣4225秒差距以外的星系才能被我們觀察到。我們只能觀察到它們的過去,而不是現在,因為它們過去發出的光亮現在才能到達我們這邊。現在那些光可能已經消逝不見。然而,我們只有在它們最後一顆恆星發出的光到達我們,也就是數十億年後,才能知道答案。除非太晚了。
與時間賽跑
一顆正在後退的星星向你發出的光,就像從一輛正在後退的汽車上鬆開了卷著的地毯。如果鬆開的速度比車速快,那麼這張地毯的末端將會碰到你的腳。然而,後退延長了地毯的長度;我們接收到的光經歷了一個紅移。它的波長由於星系後退得越來越遠,先是伸展或延長成紅色,然後是變成紅外線,接著是微波,最後變成無線電波。
相反的,當一顆星星發出的光亮抵達到觀察者,這光亮經歷了一個藍移;它的波長變短成藍色,然後是紫外線等等。波長遵循了多普勒效應:就像警笛靠得越近越大聲、越遠越小聲。對紅藍移的觀察使得天文學家 Edward Hubble察覺並宣稱宇宙正在擴張,這讓愛因斯坦感到絕望。這個常數因他的革命性發現而以他命名,稱為哈勃常數。
現在,以地球為中心,畫一個宇宙的4225秒差距為半徑的球體地圖,稱之為哈勃球體。球體中是以小於光速後退的星系們,稱之為NFSL星系。球體外是以大於光速後退的星系們,稱之為FSL星系。
宇宙正在不停地擴張意味著在很久很久之前,FSL星系居住於哈勃球體中,是真正意義上的NFSL星系。因此,那個時候它發出的光亮可以抵達地球,因為在哈勃球體中光亮傳播的速度比星系後退的速度更快,但這情況描述的是很久之前的情況。光亮確實延長了,我們也確實接收到了。
現在,儘管它們穿過了哈勃球體,但汽車遠離的速度也比地毯鬆開的速度更快了。接下來或許會發生驚人的情況:光正在以驚人的速度伸展,但如果星系並沒有離得那麼遠,光將會再次進入哈勃球體,超越可伸展的空間從而抵達地球。然而,這將花上好幾億年。因此,再一次地,那時的光將成為一個透鏡。宇宙微波背景輻射(CMBR)是大爆炸時期
組合顏色分散的地圖。那是照耀到人類的最久遠的光線。它的古老深遠使它伸展成微波級別的光線。事實上,它遠在哈勃球體之外。
圖解:CMBR是大爆炸後的剩餘熱量。
但是,因為擴張是加速度,星系面積越大,它後退的速度越快,它發出的光會伸展得更遠。最終,它會到一個無法再抵達地球或伸展成比微波更弱的程度,模糊得不再可被感知。這樣的星系會後退得非常遠,並以極快的速度繼續後退下去,以至於它發出的光再也不能到達地球,真正意義上地無法供人類觀測。
要意識到我們只能瞥見過去,而不能看到現在,直到億萬年以後當星系後退得太遠時,即使想看見光也為時已晚。天文學家們在億萬年後將無法確定鄰近星系和宇宙背景輻射的位置,因此也就無法確定宇宙的起源——大爆炸。
天文學家和宇宙學家斷言我們生活在研究宇宙學的黃金時代,一個星系不會很近很新興、也不會很遠很老的時代。如果我們必須開始探索宇宙的真相,現在就是最佳時機,因為億萬年後我們會發現,地平線上的海岸早已褪色消失,只留下我們這個遙遠的小島,如同黑暗空曠海洋中的一塊石頭。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3. scienceabc-鄭佩瑜-Akash Peshin