可观测宇宙的范围远远超出了以光年为单位的其年龄，因为在遥远光线传播的过程中，空间本身已经膨胀了。然而，即使在这片广阔的区域内，一些星系也注定会永远从视野中消失。图片来源：Shutterstock

宇宙的膨胀使得宇宙距离远不如简单测量光传播了多久那样直观。

膨胀的宇宙让距离更难定义，因为光在传播时空间一直在膨胀。天体持续发光，但当这些光向我们传播时，星系之间的平均距离在增加（是的，我知道有时星系会碰撞，但我们这里说的是平均情况，在大尺度上）。

当来自遥远星系的光经过数十亿年的传播最终到达望远镜时，它展示的是该星系过去的样子。它无法直接告诉我们这个星系现在有多远。为了估算它现在的距离，天文学家会使用一个宇宙学模型，该模型会考虑光传播期间宇宙膨胀了多少。

主导模型被称为ΛCDM，它既包含暗物质（不同章节）也包含暗能量（不同章节）。其优势和局限性可以讨论（不同章节），但替代模型通常不会对基本图景产生太大改变。

膨胀拉伸了可观测宇宙

我们能看到的最远距离——考虑到宇宙自诞生以来一直在膨胀——大约为450亿光年。这个距离被称为粒子视界、宇宙学视界或共动视界，具体称呼取决于你当下想用哪种说法。这就是我们可观测宇宙的范围，也就是我们此刻能看到的最大范围。

但是等等，45难道不大于13.77吗？这难道不意味着宇宙膨胀的速度比光速还快吗？是的，是的，确实如此。

这没什么大不了的。那是因为光速限制只适用于局部观测——我永远不会看到火箭飞船以超过光速的速度从我身边飞驰而过。如果你认为这是某种作弊手段，那不是；这就是狭义相对论的构建方式。宇宙边缘的物体可以拥有任意速度，因为它们距离遥远。

红移揭示了宇宙退行速度更快

事实上，我们可以通过红移来计算任何物体的当前速度。如果一个星系正在远离我们，它的光就会向电磁波谱的红端移动。这正是埃德温哈勃最初发现宇宙膨胀的方法。在膨胀的宇宙中，越遥远的物体退行速度越快，因为它们和我们之间有更多的空间在膨胀。

而物体将以超光速远离我们的转折点，正好位于哈勃距离处。

第二个地平线限制了未来的光线

我们仍然能观测到这些星系，因为到达我们这里的光在数十亿年前就开始了它的旅程，那时它们距离我们近得多。一些更远的星系也可能因为同样的原因随着时间的推移变得可见。然而，存在一个被称为宇宙学事件视界的边界（它与黑洞的事件视界略有不同）。它位于大约170亿光年之外。从该距离之外现在发出的光，无论我们等待多久，都永远不会到达我们这里。

由暗能量驱动的宇宙加速膨胀，使得这个界限变得更加重要。宇宙学事件视界会继续膨胀，最终稳定在约600亿光年左右。即便如此，我们也无法看到所有事物。来自最遥远星系的光会被红移到极长的波长，以至于这些星系实际上会消失不见。大约1000亿年后，本星系群之外的所有星系都将永远从视野中消失。

改编自最初发表于《对话》的一篇文章。

相关知识

宇宙是时间、空间及其中所有物质与能量的总和，包含恒星、行星、星系、星云等天体，也有暗物质、暗能量这类未完全探明的成分。主流理论认为它起源于约138亿年前的大爆炸，此后不断膨胀演化，其边界和最终命运仍是人类持续探索的重要课题。

BY: Paul Sutter, Universe Today

FY: AI

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