宇宙的年齡僅有138億年,但人類可觀測的宇宙半徑卻達到了465億光年。這一看似矛盾的現象,長久以來困擾著科學界,也激發了無數人的好奇心。實際上,這一“距離悖論”的答案,隱藏在宇宙膨脹的奧秘之中。
宇宙并非靜止的舞臺,而是如同一塊不斷發酵的面團,承載著星系、恒星和行星等所有天體。當空間本身膨脹時,星系之間的距離會被逐漸拉大,就像面團上的芝麻粒,雖然它們自身并未移動,但彼此間的距離卻越來越遠。這種現象最早由天文學家哈勃在20世紀20年代發現,他注意到遙遠星系的光譜向紅色端偏移,即“紅移”,這表明它們正在遠離地球。
進一步的研究揭示,這種紅移并非由星系的運動引起,而是空間本身在膨脹。光在傳播過程中被不斷“拉伸”,就像一根被拉長的橡皮筋,其波長也隨之變長。這種“宇宙學紅移”解釋了為何星系可以以超光速的速度遠離地球,而不違反相對論——因為這是空間本身的運動,而非物質在運動。
138億年前,宇宙大爆炸的初始光開始傳播時,其光源距離地球不過幾十億光年。然而,在光穿越宇宙的漫長旅程中,空間持續膨脹,最終將光源推至465億光年之外。這一過程完美解釋了宇宙年齡與可觀測半徑之間的看似矛盾。
推動宇宙膨脹的“幕后推手”之一是暗能量。這種神秘的力量占據了宇宙總能量的68%,其性質類似于“反向引力”,不斷推動空間向外擴張。1998年,科學家通過觀測遙遠超新星發現,宇宙的膨脹速度不僅沒有減緩,反而正在加快,這一發現催生了暗能量的概念。2025年,DESI合作組的觀測進一步支持了暗能量可能隨時間變化的假說,盡管目前證據尚未完全確鑿。
2025年,宇宙學領域迎來了兩項突破性發現。首先,韋布望遠鏡在宇宙大爆炸后僅5.7億年的一個小星系中,發現了一個超大質量黑洞。這一發現顛覆了傳統認知——黑洞通常與星系同步成長,星系越大,黑洞才越大。然而,這個星系本身規模極小,其黑洞卻異常龐大,增長速度遠超宿主星系,仿佛一個“早熟的巨人”。這一現象為理解早期宇宙的物質分布和空間膨脹提供了新線索,因為黑洞的快速生長與物質分布密切相關,而物質分布又直接影響宇宙膨脹的速度。
另一項重要發現是測量宇宙膨脹的第三種方法——強引力透鏡效應。科學家利用大質量星系的引力,將遠處類星體的光偏折成多個像,通過測量這些像到達地球的時間差,計算出宇宙膨脹速度。經過10年觀測,利用33個透鏡樣本測得的哈勃常數為67.4(誤差5%),這一結果與宇宙微波背景輻射法一致,為解決“哈勃常數危機”提供了新視角。
隨著技術的進步,人類對宇宙膨脹的研究正進入新階段。我國的巡天空間望遠鏡、美國的南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡即將升空,引力波和中微子等“多信使”觀測手段也將加入探索行列。科學家計劃將強引力透鏡的觀測樣本增加至40個,并利用更先進的望遠鏡和算法提高精度,力爭將哈勃常數的測量誤差降至1%,徹底解決這一宇宙學難題。宇宙的奧秘,正隨著人類探索的腳步,逐漸揭開其神秘的面紗。









