為什么天文學(xué)家認(rèn)為，就算以光速飛行，也抵達(dá)不了宇宙的邊緣？

光速，每秒30萬(wàn)公里，一秒鐘能繞地球七圈半。按理說(shuō)用這個(gè)速度往宇宙邊緣沖，總能到吧？天文學(xué)家告訴你：不可能，永遠(yuǎn)不可能。這不是技術(shù)問(wèn)題，是宇宙本身就讓你到不了。

你以為的"邊緣"，根本不存在

先得說(shuō)清楚一個(gè)最根本的誤解：宇宙沒(méi)有邊。

咱們?nèi)粘Ｕf(shuō)"邊緣"，腦子里想的是一堵墻、一個(gè)盡頭、一條線。但宇宙不是一個(gè)放在什么"東西"里面的球，它就是一切存在的總和，外面沒(méi)有"外面"。

這聽(tīng)著像繞口令，但確實(shí)是現(xiàn)代宇宙學(xué)的基本認(rèn)知。愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論告訴我們，空間本身可以是彎曲的、可以膨脹的，但不需要一個(gè)"容器"來(lái)裝它。

1929年，美國(guó)天文學(xué)家埃德溫·哈勃干了一件改變?nèi)祟愑钪嬗^的事。他發(fā)現(xiàn)，幾乎所有遙遠(yuǎn)星系的光譜都在往紅端跑，這叫"紅移"，意味著它們都在遠(yuǎn)離我們。

更要命的是，越遠(yuǎn)的星系跑得越快。這不是因?yàn)樗鼈冇型仍谂埽撬鼈冎g的空間本身在膨脹。你可以想象一塊正在發(fā)酵的葡萄干面包，葡萄干是星系，面團(tuán)是空間。葡萄干本身沒(méi)動(dòng)，但面團(tuán)在漲，所以任意兩顆葡萄干之間的距離都在變大。

根據(jù)目前最精確的測(cè)量，宇宙的膨脹速度大約是每326萬(wàn)光年距離增加67到74公里每秒，也是我們常說(shuō)的哈勃常數(shù)。看著不大是吧？但別忘了，這個(gè)速度跟距離成正比。距離翻一倍，膨脹速度也翻一倍。當(dāng)距離足夠遠(yuǎn)的時(shí)候，累加起來(lái)的膨脹速度會(huì)超過(guò)光速。這就是問(wèn)題的核心。

而關(guān)于宇宙的整體形狀，科學(xué)家其實(shí)吵了很久。有人認(rèn)為宇宙是"有限無(wú)邊"的閉合結(jié)構(gòu)，像地球表面一樣，有限大但永遠(yuǎn)走不到頭。不過(guò)目前主流觀測(cè)支持另一種模型：宇宙在大尺度上是平坦的，很可能無(wú)限延伸。無(wú)論哪種，反正都沒(méi)有一堵墻等著你撞。

什么東西能比光速還快？

答案是空間的膨脹。相對(duì)論說(shuō)的"光速不可超越"，限制的是物質(zhì)和信息在空間中的運(yùn)動(dòng)速度，沒(méi)說(shuō)空間自己不能膨脹得比光快。這不是鉆文字空子，是兩碼事。

物質(zhì)穿過(guò)空間受光速限制，但空間本身的拉伸不受這個(gè)規(guī)矩管。打個(gè)比方：你在機(jī)場(chǎng)的傳送帶上跑，不管你再快也有個(gè)極限，但傳送帶本身可以無(wú)限長(zhǎng)、可以無(wú)限快地往外延伸，這跟你跑多快沒(méi)關(guān)系。

算一筆賬你就明白了。我們把哈勃常數(shù)取70公里每秒每百萬(wàn)秒差距（百萬(wàn)秒差距約等于326萬(wàn)光年），那么距離我們大約140億光年的地方，空間膨脹速度大概就追平光速了。再遠(yuǎn)的地方，膨脹速度就超過(guò)光速了。

這意味著什么？意味著那些地方發(fā)出的光，永遠(yuǎn)到不了我們這兒。它們確實(shí)在以光速朝我們飛，但腳底下的空間在以更快的速度往外拉，所以光實(shí)際上是在倒退。

這就像一只螞蟻在不斷被拉長(zhǎng)的橡皮筋上爬，它確實(shí)在往前走，但走的速度趕不上橡皮筋變長(zhǎng)的速度，永遠(yuǎn)到不了終點(diǎn)。同樣的道理反過(guò)來(lái)也成立：你以光速往那邊飛，也永遠(yuǎn)到不了。

可觀測(cè)宇宙，只是一個(gè)"牢籠"

天文學(xué)上有個(gè)詞叫"可觀測(cè)宇宙"，直徑大約930億光年。注意，這不是宇宙的大小，只是我們理論上能看見(jiàn)的范圍。

你可能覺(jué)得奇怪：宇宙誕生才138億年，光走了138億年，怎么可觀測(cè)范圍是930億光年？

因?yàn)榭臻g一直在膨脹。138億年前某個(gè)地方發(fā)出的光，一邊往我們這兒飛，空間一邊在拉。光今天到了，但發(fā)光的那個(gè)位置早就被拉遠(yuǎn)了。

通過(guò)計(jì)算膨脹的累積效應(yīng)，那個(gè)位置現(xiàn)在距離我們大約465億光年，乘以2就是可觀測(cè)宇宙的直徑。

這個(gè)"可觀測(cè)"的邊界，天文學(xué)家叫它"粒子視界"。視界之外還有宇宙嗎？幾乎肯定有，很可能還大得多，甚至可能是無(wú)限大，但我們永遠(yuǎn)看不見(jiàn)，也永遠(yuǎn)到不了。因?yàn)橐暯缰獾目臻g膨脹速度超過(guò)光速，那兒發(fā)出的光被永遠(yuǎn)困在原地，那兒的空間我們永遠(yuǎn)追不上。

2022年，天文學(xué)家通過(guò)詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）發(fā)現(xiàn)了目前已知最遙遠(yuǎn)的天體——JADES-GS-z13-0星系。它發(fā)出的光來(lái)自約134億年前，意味著我們看到的它是宇宙誕生僅約4億年時(shí)的模樣。由于宇宙持續(xù)膨脹，這個(gè)星系如今的實(shí)際位置距離我們已遠(yuǎn)達(dá)約335億光年。

假如你現(xiàn)在以光速朝它出發(fā)，你永遠(yuǎn)也到不了，因?yàn)樗€在以超過(guò)光速的速度遠(yuǎn)離。

越來(lái)越遠(yuǎn)的孤島

而且情況只會(huì)越來(lái)越糟。

宇宙不僅在膨脹，1998年的觀測(cè)還發(fā)現(xiàn)，膨脹還在加速。

兩組獨(dú)立的天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)，一組是索爾·珀?duì)栺R特領(lǐng)導(dǎo)的超新星宇宙學(xué)計(jì)劃，另一組是布賴恩·施密特和亞當(dāng)·里斯領(lǐng)導(dǎo)的高紅移超新星搜索隊(duì)，他們通過(guò)觀測(cè)遙遠(yuǎn)的Ia型超新星發(fā)現(xiàn)，宇宙膨脹的速度不是恒定的，而是越來(lái)越快。這三位后來(lái)還因此拿了2011年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

而驅(qū)動(dòng)加速膨脹的東西，科學(xué)家目前叫它"暗能量"，占宇宙總能量的大約68%。至于它到底是什么，坦白說(shuō)現(xiàn)在還是一頭霧水，但它的效果非常確定，讓空間膨脹得越來(lái)越猛。

如果暗能量的性質(zhì)不變，那么未來(lái)會(huì)發(fā)生什么？越來(lái)越多的星系被膨脹"吹"出可觀測(cè)范圍，我們能聯(lián)系到的宇宙會(huì)越來(lái)越小。

幾千億年后，除了本星系群里被引力拴在一起的幾十個(gè)星系，其他所有星系都會(huì)消失在視界之外。到那時(shí)候，如果還有智慧生命在觀測(cè)夜空，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙里好像只有自己這一小撮，其他什么都沒(méi)有，不是因?yàn)檎娴臎](méi)有，而是都被膨脹藏起來(lái)了。

結(jié)語(yǔ)

人類被困在這個(gè)"光速牢籠"里，不是因?yàn)榕艿貌粔蚩欤琴惖辣旧碓跓o(wú)限延長(zhǎng)。宇宙沒(méi)有關(guān)門(mén)，但它在不斷把門(mén)推得更遠(yuǎn)。也許真正的邊緣不在空間盡頭，而在認(rèn)知本身。