很意外,答案是肯定的。Ned Wright的宇宙学教程中有一个计算器,可以计算许多种有关宇宙模型或距离我们发生不同“红移”(红移是实验上易于确定的星系光波的性质,它告诉我们宇宙在光发射的时刻和光被接收到的时刻之间膨胀的尺度)的星系的数值,例如距离。采用宇宙膨胀速率、加速度以及其他参数(计算机的默认输入)的最佳观测确定值,我们会发现如果红移的数值大约在1.4,所得到的距离约为4,200百万秒差距。因此,任何红移值大于1.4的星系目前都在以比光速更快的速度远离我们。
那么我们能够观测到这些星系吗?是的,我们当然可以。明亮的星系常常会被探测到有相当大的红移;1.4的红移值并不算很大。例如,这里有一些类星体(中心有极其活跃的黑洞的一种星系)的图片,红移值大约为5。我们甚至可以看到一些光(虽然不是独立的物质)的红移值一直回到1000左右。(这种光被称为宇宙微波背景辐射,在宇宙大爆炸发生后约38万年被散射出来,刚好在宇宙冷却到足以让光经过所有介质之后)。与此同时,计算机吐露出的数字告诉我们对于一个红移值为1.4的星系,我们目前所能观测到的星系的光其实是在宇宙大爆炸后约4.6亿年发射出来的,当时宇宙的发育已经相当完备。
你可能会好奇——我们怎么可能观测到一个远离我们的速度超过光速的星系?答案是此刻星系的运动对数十亿年前它们发射出的光没有任何影响。光并不关心星系在做什么;它只关心它当前的位置和我们所在位置之间空间的延伸尺度。所以我们容易设想出一种情形,在光被发射出去的那一刻星系的运动速度尚未超过光速;因此,当宇宙膨胀时,光能够“逃逸”空间的膨胀并向我们移动,同时星系会逐渐远离我们。
记住我们在上面所学的东西——在按比例拉伸的宇宙中更远的物质向后移动速度更快——我们可以在光发射后立即看到这种情况,星系远离我们的速度比光所在位置的点移动更快,并且这种差距只会随着时间的推移而增大,星系和它发出的光会更快分离。因此,我们很容易遇到这种情况,即星系继续以越来越快的速度飞离,最终相对于我们达到或者超过光速,而它在数十亿年前散射出的光在宇宙中从容而悠闲地流浪,不必追逐那些超光速延伸的区域,从而它们中的一些最终抵达到地球,进入我们的视野。
你可能也想知道星系怎么会打破速度的屏障超越光速,为此,请参阅笔者对上一个问题的回答。
然而,我们所见星系正以超光速的速度远离我们的事实会带来一些暗淡的后果。天文学家现有充分的证据证明我们生活在一个“加速宇宙”中,这意味着随着时间的推移,每个星系相对我们的运动速度都会不断增加。如果假设这种加速会无限度地持续下去,那么目前正以超光速远离我们的星系将更快地远离我们,最终我们和这些星系间遥远的空间延伸的十分迅速,以至于任何从彼处发射出的光都无法抵达我们的视野。随着时间的推移(未来数十亿年),我们将看到这些星系逐渐冻结褪色,直到永远失去了音信。
此外,随着越来越多星系加速超过了光速,在某一时间点后它们发出的光也将再也无法被我们观测到,它们也会变得晦暗,逐渐褪去了颜色。最终将留下一个几乎什么也看不见的漆黑的宇宙,只有少数十分邻近的星系(运动受当前位置引力作用的强烈影响)散发出的光才能照亮我们漆黑的夜空。若想了解更多详细信息,请参阅该主题的专业文献。
当前有哪些星系在“诉说着它们最后的告别”?或者说,如果我们想象有居住在这些星系中的外星人想要与我们取得联络,哪些星系在此刻正等待终将来临的期限?一个合理的猜测是目前以光速相对我们移动的星系(距离4,200百万秒差距、红移值为1.4,如上所述)处于“临界点”,它们此刻正发射的光将永远无法抵达地球。粗略来说是正确的,但更精密的计算表明,对于加速宇宙最简单可行的模型,它实际上是距离为4,740百万秒差距、红移值为1.69的星系才会达到临界点,而红移值为1.4的星系发出的光最终仍会抵达到我们的视野。
这种差异来源于一个相当精妙的事实:即使宇宙正在“加速”,在此意义上每个星系移动速度随着时间的推移变得更快,哈勃常数实际上随着时间的推移而减小——换句话说,在与我们保持固定距离的点处测量的宇宙膨胀速率随着时间的推移会变小。如果我们只关注一个正远离我们的星系,我们将会观测到它的加速,但如果我们将目光锁定在宇宙中一个固定点然后观察许多不同的星系超过那个点,那么每一个星系的速度会比它之前的那个更慢(作一个粗略的比喻,宇宙行为像一个湍急的河流,如果你将一艘小船放进河中让它随波逐流,当它向下游流动时会逐渐加速而变快。
但如果你坐在岸上测量某一个地方水流的流速,它会根据一系列因素而发生变化——例如,上游的供水速率无时无刻不在发生变化。水速有可能会在你的位置随着时间的推移而变慢,即便你放入河中的每一艘小船在进入湍流时都会加速)。由于这一效应,如果光能够“逆流而上”并且相对于我们保持大致恒定的距离(假设它是从相对我们以光速远离的星系发射出来的),那么随着时间的推移哈勃常数变小,它最终能够到达地球,“逆流而上”并穿越了遥远的时空来到我们身边。
参考资料1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. Dave Rothstein
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