我們現在抬頭看夜空,是不是覺得滿天星斗已經多到數不過來?其實你看到的,全是宇宙漏給我們的“邊角料”。人類仰著頭看了幾千年星星,到現在能接觸到的星系,只占整個可觀測宇宙的2%。剩下98%,不是我們技術不夠暫時看不到,是從宇宙規則上,就永遠不可能被我們看到了。
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這個數字不是天文學家隨便拍腦袋猜的,是把宇宙膨脹、光速極限和暗能量三個事兒放一塊兒,算了好久才推出來的結果。很多人第一反應都是,等咱們造出更大更靈敏的望遠鏡,不就能把這些星系都找出來了嗎?還真不是技術的鍋,問題出在空間本身。
遠處的星系不是自己在往外跑,是星系和咱們地球之間的空間,一直在“長個子”。距離越遠,空間膨脹累積出來的速度就越夸張,超過光速都是正常操作。很多人說這不違反相對論嗎?其實相對論管的是物體在空間里移動的速度,空間自己膨脹,它管不著。
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一旦星系被膨脹的空間拉得足夠遠,它發出的光拼了命往地球方向跑,也永遠追不上我們。天文學里給這個看不見的邊界起了個名字,叫事件視界,簡單說就是一道隱形的墻。墻這邊發生的事我們能知道,墻外面的所有信息,人類永遠都得不到。
更有意思的是這道墻還不是固定不動的,它一直在慢慢往地球這邊縮。時不時就有星系悄咪咪越過邊界,從人類的可觀測星系清單里被劃掉。再過幾百上千億年,我們能看到的就只剩下本星系群里的幾個老鄰居了。
哪怕把全世界最靈敏的射電望遠鏡都用上,也接不到哪怕半個來自遠方星系的信號。搞清楚這一切的關鍵,就是那個推著宇宙越脹越快的暗能量,它到底是什么,直到現在物理學家都沒摸透。按照現在的觀測估算,我們熟悉的一切,從人類到星球再到整個銀河系,加起來占宇宙總能量的比例還不到5%。
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暗物質占了宇宙總能量的26.8%,剩下超過六成八的宇宙,全是我們搞不清的暗能量。過去二十多年,主流研究都默認暗能量是個不變的常數,這么算雖然簡單粗暴,但結果還說得過去。最近這一兩年,越來越多的數據顯示,這套老說法好像出問題了。
出問題的來源是美國基特峰天文臺的暗能量光譜儀,圈內人都叫它DESI,這是個國際合作項目,中國國家天文臺的趙公博團隊深度參與,還扛下了關鍵的數據分析任務。到現在DESI已經做完了原定五年的巡天觀測,攢出了目前全世界規模最大、分辨率最高的宇宙三維地圖。這份地圖囊括了超過4700萬個星系和類星體的數據,還加了兩千多萬顆銀河系近距離恒星的資料,體量比當初設計的目標還要大。
真正讓天文圈炸鍋的不是數據體量多大,是數據背后藏著反常的跡象。研究團隊順著數據追了宇宙過去約110億年的演化軌跡,發現一直被當成常數的暗能量,可能不是一成不變的,它居然會跟著時間變化。這個發現可不一般,中國研究團隊給出的信號也相當明確。
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國家天文臺的研究人員發現,暗能量的狀態方程確實跟著宇宙演化在變,統計信噪比超過了4個標準差。在物理圈,4倍標準差已經快摸到“重大新發現”的門檻了,再往前一步就是板上釘釘的結論。如果這個發現最后被證實,現在整個宇宙學的標準模型都得改寫。
暗能量到底會慢慢變弱嗎?會不會哪天膨脹停下來甚至反過來讓宇宙減速膨脹?這些現在全都是開放問題,每一種可能對應的宇宙最終命運都完全不一樣。DESI項目組本來做完五年觀測就差不多了,結果設備表現比預期好太多,加上暗能量演化的跡象越來越明顯,他們直接把觀測延長到了2028年。完整五年觀測的首批正式結果,要等到明年才會陸續放出來。
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科學界本來就沒有什么一言堂的事兒,現在還有一派研究者壓根就懷疑宇宙加速膨脹這件事本身。新西蘭坎特伯雷大學的研究團隊就提出過另一種解釋,說宇宙膨脹其實并不均勻,所謂暗能量導致加速膨脹,搞不好只是不同區域時間流速不一樣造成的觀測錯覺。這套理論叫“時間景觀”,現在還是少數派觀點,但至少說明,宇宙膨脹這件看起來板上釘釘的事兒,還有得爭。
其實那98%星系的告別,從很早之前就開始了,只是節奏慢到我們這輩子根本感覺不到。再過幾百億年,如果那時候還有智慧生物站在地球這個位置仰望星空,他們看到的估計只有一片零零散散的本地那時候的天文學家,說不定連我們現在研究的大爆炸、暗能量這些結論都得不出來。因為所有能證明這些結論的線索,早就跟著那些遠去的星光一起跑沒了。這么一想,我們現在能抬頭看到銀河系外的星光,簡直是撞了大運的奢侈運氣。
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星空。四周全是空蕩蕩的,他們說不定會現在韋伯望遠鏡在天上不停拍,DESI在地上不停掃,攢了一大堆數據。這些數據與其說是給現在的研究者用的,不如說是替整個人類文明給現在的宇宙留了一份“存檔”。趁著現在大部分星系還沒越過事件視界,趕緊把宇宙現在的樣子給記下來。
覺得,宇宙本來就只有這么大
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98%的星系終究會徹底離開我們的視野,剩下能看到的2%也終究有限。下次你哪天晚上出門抬頭,剛好能看到星星的話,不如就多盯兩眼。畢竟這是宇宙現在還愿意給我們看的樣子,再過億萬年,連這樣的景色都不會有了。
參考資料:人民日報 暗能量研究取得重要進展
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