終極宇宙視角：610億光年是觀測極限，4.7萬億星系中1.4%目前可見

儘管大爆炸已經過去數十億年了，但關於我們宇宙中的天體觀測範圍還是有極限的。宇宙一直在膨脹，但這種擴張速度既有限又充分。如果我們要計算宇宙大爆炸發生時，發射的光子到今天能走多遠，我們就會知道在任何方向上，人類所所能看到的最遠距離是460億光年。

這是我們可以觀測到的宇宙的大小，它包含了大約兩萬億個處於不同演化發展階段的星系。但除此之外，應該有更多的宇宙在我們目前所能看到的範圍之外，它們就是不可觀測的宇宙。鑒於我們對於可觀測的宇宙部分進行了很好的測量，我們也終於逐漸明白可觀測宇宙之外的世界，以及未來我們究竟能夠探索多少未知的宇宙部分。

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大爆炸告訴我們，在遙遠的過去，宇宙比現在更熱，密度更大，膨脹速度更快。我們在整個宇宙中看到的各個方向的恆星和星系之所以存在，只是因為宇宙膨脹和冷卻，它們使得引力將物質拉成團塊。數十億年來，引力的增長促進了恆星的誕生和星系的形成，進而構成我們今天看到的宇宙。

無論我們往哪個方向看，我們看到的宇宙都在告訴我們同樣的宇宙故事。但這個故事的一部分是，我們看得越遠，我們回顧的時間就越遠。宇宙最初並不存在，也沒有恆星和星系，只是一個奇點。根據大爆炸理論以及支持該理論的觀測，宇宙有一個起源。

在大爆炸之後的早期階段，宇宙充滿了各種各樣的成分，它以令人難以置信的快速初始膨脹速率開始。宇宙萬物的初始膨脹速率和引力效應，是終極宇宙競賽中兩個正面交鋒的參與者。一方面，膨脹的作用是導致一切東西分離，拉伸空間的結構，驅動星系和宇宙的大規模結構。但另一方面，引力吸引了所有形式的物質和能量，努力將宇宙拉回到一起。正常物質、暗物質、暗能量、輻射、中微子、黑洞、引力波等等都在不斷膨脹的宇宙中發揮著作用。

宇宙的膨脹速率開始時很大，但隨著宇宙的膨脹而逐漸減小。原因很簡單:宇宙膨脹時，體積增大，因此能量密度減小。隨著密度的減小，膨脹率也隨之降低。曾經距離我們太遠以至於我們無法看見的光，現在可以追上我們了。這個事實對宇宙有著巨大的影響: 隨著時間的推移，曾經太遙遠以至於我們無法看到的星系將會自發地進入我們的視野。自宇宙大爆炸發生以來可能有138億年，但隨著宇宙的擴張，有一些遠在461億光年遠的天體，它們的光剛剛到達我們這裡。

總而言之，如果我們把這個空間中存在的所有星系加起來，我們會發現在我們可觀測的宇宙中有多達兩萬億的星系。儘管這個數字很大，但它仍然是有限的，我們的觀測結果並沒有顯示出我們所看到的任何方向的空間邊緣。自大爆炸以來所過去的時間，光速，以及我們宇宙中的成分決定了可觀測事物的極限。任何比這更遠的東西，甚至是從大爆炸的那一刻起就以光速移動的東西都沒有足夠的時間到達我們。但所有這些都會隨著時間而改變，那些無法觸及我們的光線最終會到達我們的眼睛，揭示出比以往任何時候都更多的宇宙。

你可能會認為，如果我們等待任意長的時間，我們就能看到任意遠的距離，宇宙的可見範圍是沒有限制的。然而在一個暗能量的宇宙中，情況並非如此。隨著宇宙的老化，膨脹率不會降至越來越低，以至於接近於零。相反空間結構本身仍然存在有限且重要的能量。隨著時間的推移，在一個暗能量的宇宙中，那些最遙遠的物體將會越來越快地從我們的視角中退去。儘管還有更多的宇宙有待發現，但我們能觀測到的未知宇宙的數量是有限的。

根據膨脹率，我們所擁有的暗能量，以及目前宇宙的宇宙學參數，我們可以計算未來的可見極限: 人類能夠觀測到的最大距離。現在在一個138億年的宇宙中，我們目前的可見極限是460億光年。我們未來的可見極限範圍大約要多33%，那就是610億光年。現在有很多星系，它們發出的光正在到達我們眼中的路上，但是還沒有機會到達我們的眼睛。如果我們把宇宙中我們將來會看到但現在還無法到達的部分的所有星系加起來，我們可能會震驚地發現，在可觀測的2萬億個星系之外，還有另外2.7萬億個星系在期待展示它們的光芒。

與我們的未來相比，我們目前只能看到未來總觀測量43%的星系。除了我們可觀察到的宇宙之外，還有一個不可觀察的宇宙，它應該看起來就像我們能看到的部分一樣。我們可以通過觀察宇宙微波背景和宇宙的大尺度結構來確定它們的存在。如果宇宙的大小是有限的，它應該有邊界，或者當我們看更遠的距離時，它的性質開始改變，我們對這些現象的測量將會揭示這一切。已觀測到的宇宙空間平坦度告訴我們，它既不是正向也不是負向彎曲，精確度高達99.6%，這意味著如果它自身彎曲，這個不可觀測的宇宙至少是目前可見部分的250倍。

我們將永遠無法看到這些非凡的遙遠距離的東西。未來的可視度極限只能把我們帶到目前610億光年處的距離，但不會更遠。這樣的空間將是我們今天所能觀測到的宇宙體積的兩倍多一點。另一方面，這個不可觀測的宇宙，直徑至少有23萬億光年，包含的空間體積是我們能觀測到的體積的1500萬倍。

然而在我們思考超越觀測極限宇宙的同時，值得注意的是，我們實際上能夠進入或訪問的宇宙是相當的渺小。我們所期待看到的一切都是基於數十億年前大爆炸不久發出的光。就目前的情況來看，即使我們現在以光速立即離開，我們也無法到達整個宇宙中絕大部分星系。

暗能量不僅使宇宙膨脹，而且使遙遠的星系在遠離我們的明顯衰退中加速。雖然未來我們可能觀測到610億光年遠範圍內的星系，它們的總數多達4.7萬億，但我們今天能夠實現觀測的星系極限要小得多，只是那些大約150億光年以內的星系，或者說未來可見範圍半徑的四分之一可以到達，總數相當於大約只有660億個星系。這個數字只是我們所能觀測的星系總數的1.4%。換句話說，在未來，我們總共會看到4.7萬億個星系。他們中的大多數出現在我們面前時，是它們在非常遙遠的過去的樣子。他們中的大多數也絕不會看到我們今天的樣子。在未來我們能夠看到的所有星系中，其中有4.634萬億個星系，即使以光速前進也永遠無法到達。

您可能會注意到一個有趣的現象。未來的可觀測極限正好等於當前的可見極限(460億光年)和可到達極限(150億光年)的總和。這不是巧合，在宇宙大爆炸後旅行了460億光年之後，那些終將觸及我們的光線恰好處於可達到的極限。在遙遠的某一天，它將到達我們的眼睛。隨著時間的流逝，我們也將會越來越接近我們的終極宇宙視角。

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