圖解：遙遠的星系，像在武仙座星系團發現的這些不僅紅移遠離我們，而且它們衰退速度也在明顯的加快。最終，除了某一個特定的點，我們將收不到他們發出的光。

在二十世紀二十年代，科學家們在測量星系之間的距離以及它們的光線如何紅移的基礎上發現宇宙正在膨脹。到二十世紀九十年代，我們發現宇宙不是簡單的膨脹，遙遠的星系正在以更快的速度向更遠的地方移動。潛在的原因被認為是暗物質，這也使得宇宙隨著時間的流逝而消失。

這是真的:在可觀測的宇宙有兩萬多億個星系，其中97%即使我們以光速也達不到。不過雖然我們到不了遙遠的星系上，但是我們可以觀測到它們。更困惑的是在之前從未觀測到的新的星系正在隨著時間的流逝相繼顯示在我們面前。我們可能到不了已經消失的宇宙，但是仍然能看到它。這篇文章將告訴你怎么做到。

圖解：在一個對數刻度上，附近的是太陽系和我們的銀河系。但在遙遠的宇宙之外，還有宇宙中的所有其他星系、大尺度的宇宙網絡，以及最終緊隨大爆炸而來的瞬間。雖然我們無法觀測到比這片461億光年遠的宇宙視界更遠的地方，但將來會有更多的宇宙展現給我們。今天可觀測的宇宙包含2萬億星系，但隨著時間的推移，我們將能觀測到更多的宇宙。

在廣義相對論的萬有引力理論下，我們的宇宙不可能保持靜止。除非我們愿意拋棄我們一直以來最成功的物理理論，否則我們的宇宙不可避免地要么在擴張要么在收縮。

理由很簡單，如果在所有方向所有角落充滿了相同數量的物質和能量-就像我們觀測到的宇宙-我們就能準確地計算出時空的演變。這只取決于三個因素:

最初的膨脹或收縮速率是什么(零也是一種可能)；

宇宙現在總的物質和能量是多少；

不同類型的能量(物質，暗物質，中微子，輻射，暗能量等)所占的比例是多少。

由此我們能夠推導出宇宙的過去和未來。

圖解：一個關于紅移如何在膨脹的宇宙中起作用的說明。當一個星系變得越來越遠時，它發出的光必須在不斷膨脹的宇宙中傳播更長的距離和更長的時間。在一個以暗能量為主的宇宙中，這意味著單個星系在遠離我們的衰退中似乎會加速，但也有一些遙遠的星系，它們的光今天才第一次到達我們。

在過去的幾十年里，天文學家已經能夠在銀河在尺度確定上今天的宇宙是怎么樣的。以組、群和纖維狀結構等方式聚集組合而成的星系團使我們能夠理解宇宙的大尺度結構。當你把對宇宙微波背景(給我們今天成熟的星系提供了結構的種子)的觀測納入考慮，我們得到一個引人注目的從始至終關于事物如何形成今天這樣的圖像。

當我們一開始就及時提出，我們得到一個單一，一致的結論。我們宇宙從大爆炸以來已經有了138億年了，它由68%的暗能量、27%的暗物質、4.9%的正常物質和0.1%的中微子、光子以及任何的其他物質組成，并且將不會再坍縮。

減速膨脹的宇宙到現在的大小尺寸所用的時間最短。這種類型的宇宙會逐漸收縮最后坍縮成一個奇點或者膨脹到無限大。(中間的)以目前速度膨脹的宇宙比減速膨脹的宇宙要古老一點因為它要達到目前大小尺寸所花的時間需要更多，并且它會一直膨脹下去。(右邊的)加速膨脹的宇宙是最古老的，膨脹速率實際上因為把星系分開的排斥力在增加。

圖解：不同宇宙有不同命運，我們實際上的宇宙則如右邊顯示的一樣。持續的加速度確保了不受我們星系引力束縛的星系遠離我們，最后隨著時間的流逝不僅到不了那里，甚至超出某一特定能夠觀測到的點。

如果你拿一個附近獨立的星系，從我們的角度問它從始至終出現的過程，你將看到的是這樣的：隨著時間的流逝，它將經歷其內在的演進，它要攻擊更小的行星星系，拆分并兼并它們，在這個時候形成新的恒星星系。如果它碰到一個大小相似的星系，會產生絢麗的光，形成一個橢圓星系，同時耗盡形成恒星的氣體。

但是這個星系，即使在發展中，也會越來越遠，它似乎隨著時間的流逝而紅移。當星系離我們達到一個臨界距離--大概是150萬光年--它的紅移會超過1，表明它到了一個關鍵性的位置，跨越了從我們以光速傳播過來的東西能到達和不能到達的東西之間的距離。

圖解：由于空間膨脹和能量組成的可觀察到的(黃色圈以內，包含20萬億個星系)和可到達的(品紅色圈內，包含660億個星系)宇宙部分。在黃色圈在是一個更大的(想象的)區域，包含47萬億個星系，將會是我們能到達宇宙的最大部分。

如果你拿一個獨立的，極其遙遠的星系看，看到的東西將非常不同。假設這個星系今天可以被看到，你將看到它和遙遠過去一樣:回到一束光最早發射的時候，穿過膨脹的宇宙經過數百萬年的旅行被拉長。光會發生嚴重的紅移——超過其原始發射波長的兩倍——你看到的是宇宙大爆炸后一百三十億年后的星系。它遠比我們今天看到的年輕，并且演化得更慢。

隨著時間的流逝，如果你把時鐘向前快速調數十億年，你將會看到從星系發出的光:變得越來越紅，變得越來越模糊，表明它在一個越來越遠的地方，到達一個極限，直到它所顯示的星系老化的數量一樣。

即使你觀察它幾千億年，它也永遠不會進化到和我們星系一樣的點。因為在我們看來它的年齡永遠達不到138億年。

雖然在極深的區域有放大的、超遠的、非常紅的甚至是紅外星系，但在那里有一些星系比我們在迄今為止最深處所發現的還要遠。這些星系將永遠對我們可見，但我們將永遠看不到它們現在的樣子:大爆炸后138億年。

事實上，我們甚至可以想象，如果你看到一個星系，它的光還沒有到達我們的眼睛，你會看到什么。我們能看到的最遠的物體，在大爆炸138億年之后，目前距離我們460億光年。但任何目前距離我們610億光年以內的物體，總有一天會有光到達我們。

那光已經發出來了，而且正在向我們走來。事實上，光已經走了很長一段路;它比150億光年的極限更接近，如果我們以光速離開地球，我們可能達到的極限。即使宇宙在膨脹，即使膨脹在加速，旅行的光總有一天會到達我們的眼睛，讓我們在遙遠的未來，有能力看到比今天更多的星系

我們最深處的星系觀測可以揭示數百億光年之外的物體，但是在可觀測的宇宙中還有更多的星系我們還沒有發現。最令人興奮的是，宇宙中有一些今天還看不見的部分，有一天會被我們觀測到。

雖然原則上，在我們目前可觀測的宇宙中有2萬億星系，但在遙遠的將來這個數字將增加到4.7萬億。

但是我們剛剛說宇宙正在消失。那么，我們怎么可能不僅能看到正在消失的宇宙，而且隨著時間的推移，我們還能看到更多的宇宙呢?

這要求我們深入思考當我們談論一個遙遠的星系消失時暗能量意味著什么。讓我們換個角度，想象一下我們在一個100%由物質構成的宇宙中會看到什么:一個沒有暗能量的宇宙。如果是這樣的話，一個遙遠的星系不會隨著時間的推移而加速遠離我們，而是會隨著時間的推移，其明顯的衰退速度下降到越來越低的值。

可觀測到的宇宙可能是以我們為中心直徑為460億光年的圓，當然沒有觀測到的宇宙更多，也許甚至是無限大的，外面的宇宙就像是我們現在的宇宙一樣。隨著時間的流逝，我們能夠看到更多宇宙，甚至顯現出大學我們現在能看到的宇宙的2.3倍。在一個沒有暗能量的宇宙，我們能看到所有的宇宙，但那就不是我們所處的宇宙了。

這意味著，隨著宇宙年齡的增長，我們能看到的任何物體都會隨著時間的推移紅移減小。隨著時間的推移，新發出的光將穿越宇宙，最終到達我們的眼睛;隨著我們年齡的增長，遙遠的星系將會衰老，沒有任何限制。事實上，在一個沒有暗能量的宇宙中——在一個正在減速的宇宙中——我們能看到的星系的數量沒有限制，這些星系的表面年齡也沒有限制。只要我們的宇宙存在，就會有新的地平線，新的疆域，新的時代等著我們去探索。

在減速膨脹宇宙中，沒有宇宙視野限制。沒有有限的宇宙視界。沒有一個星系如此遙遠，以至于我們無法想象它的光在任意長的時間之后到達。一旦光線第一次到達我們的眼睛，之后發出的光線最終也會到達我們的眼睛。

過去不同時期宇宙中不同能量成分的相對重要性。請注意，當暗能量在未來達到一個接近100%的數字時，宇宙的能量密度(因此，膨脹率)將在遙遠的未來保持恒定。由于暗能量的存在，遙遠的星系已經在以明顯的衰退速度加速遠離我們，而且自從60億年前暗能量密度是總物質密度的一半以來就一直如此。

但是我們的宇宙并沒有減速，也沒有暗能量。我們擁有的暗能量為加速設定了距離尺度和時間表，并告訴我們宇宙視界在哪里。從它的存在，以及我們用來推斷它存在所觀測到的，我們了解到關于一個位于:

1.短于150億光年的宇宙:某一天我們將能夠看到它宇宙大爆炸后138億光年的今天，并且如果我們以光速向它們出發是可以到達的。

2.距離我們150到460億光年的宇宙:我們一直都可以看到，但是我們看到的他們的年齡是小于但是接近138億年，并且即使我們現在以光速向它們駛去也到不了。

3.距離我們460億到610億光年的宇宙:我們今天看不到它，但是在遙遠的未來可以看到，并且之后能一直看到，它永遠不會出現，甚至不會像現在能看到的最早的星系一樣古老。我們也永遠夠不到它。

4.610億光年外的宇宙:我們將永遠到不了，并且那里的任何東西都看不到我們，或者到我們這里。

我們整個宇宙的歷史在理論上都被很好地理解了，但這僅僅是因為我們理解了它背后的萬有引力理論，而且因為我們知道宇宙目前的膨脹速度和能量組成。光將永遠繼續在這個不斷膨脹的宇宙中傳播，我們將在未來繼續任意收到從任意遠的地方發來的光，但它在到達我們這里的時間上是有限的。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，但這些都是技術上的限制，而不是物理上的限制。

我們之所以能看到這些超遙遠的星系，是因為它們曾經離我們非常近，而且在很早的時候就發出光，而在宇宙更年輕、更小的時候，這些光就向我們發出。即使宇宙膨脹，即使膨脹加速，那些幾十億年前發出的光子，最終會到達我們的眼睛。此外，從那時起發出的光將繼續到達這里，即使目前發出的光太遙遠，永遠無法到達我們。

將會有觀測上的挑戰，因為隨著時間的推移到達的光子會更少，光子本身也會更紅，攜帶的能量也會更少。但是，如果我們在合適的波長范圍內建造更大、更靈敏的望遠鏡，我們應該能夠隨著時間的推移看到更多的星系——最多4.7萬億——即使是在一個暗能量占主導、正在消失的宇宙中。