宇宙的年齡僅有138億年,但人類可觀測到的宇宙范圍卻延伸至465億光年之外。這一看似矛盾的現象,曾讓無數人困惑不已。科學家用“空間膨脹”這一概念,揭開了這一謎題的核心——承載星系的宇宙舞臺本身在不斷擴張,而并非星系在宇宙中狂奔。
早在20世紀20年代,天文學家哈勃通過觀測遙遠星系的光譜,發現其波長因“紅移”現象被拉長。最初,這一現象被誤認為是多普勒效應,但進一步研究顯示,遠距離星系的退行速度遠超光速,且地球并非宇宙中心。科學家最終確認,這是“宇宙學紅移”所致——空間本身的膨脹導致光在傳播過程中被“拉伸”,而這種膨脹速度不受相對論限制,因為它并非物質運動,而是空間自身的變化。
想象宇宙如同一塊正在發酵的面團,星系如同面團上的芝麻粒。當面團膨脹時,芝麻粒之間的距離自然增加,而芝麻本身并未移動。同理,138億年前發出的最古老光波,其光源初始距離地球僅數十億光年,但經過漫長歲月中空間的持續膨脹,最終抵達地球時,光源已被推至465億光年之外。這一過程完美解釋了宇宙年齡與可觀測范圍的矛盾。
推動宇宙膨脹的“幕后力量”是什么?科學家認為,早期宇宙的“暴脹”是初始動力。大爆炸后的瞬間,宇宙以指數級速度擴張,如同被釋放的彈簧,迅速達到巨大規模。這一過程還留下了“原初密度擾動”的痕跡,被記錄在宇宙微波背景輻射中。而持續加速膨脹的“推手”,則是占宇宙總質能68%的暗能量。1998年,科學家通過觀測發現,宇宙膨脹非但未減速,反而愈發加速,從而提出暗能量的概念。這種神秘能量如同“反向引力”,充斥于宇宙各處,不斷推動空間向外擴張。
2025年,宇宙學領域迎來兩項突破性發現。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,探測到一個超大質量黑洞。按傳統認知,黑洞與宿主星系應同步成長,星系規模越大,黑洞質量才越高。然而,這個星系本身極小,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”。這一發現對理解宇宙膨脹具有重要意義——黑洞的快速生長反映了早期宇宙的物質分布,而物質分布直接影響空間膨脹速率。
與此同時,科學家公布了測量宇宙膨脹的第三種方法:強引力透鏡效應。該方法利用大質量星系的引力,將遠處類星體的光偏折成多個像,通過測量這些像抵達地球的時間差,推算宇宙膨脹速度。經過10年觀測33個透鏡樣本,科學家得出哈勃常數為67.4(誤差5%),這一結果與宇宙微波背景輻射法的測量值一致,為解決“哈勃常數危機”提供了新視角。
隨著技術進步,人類對宇宙膨脹的探索正進入新階段。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、中微子等“多信使”觀測手段也將投入使用。科學家計劃將強引力透鏡樣本增至40個,并利用更先進的望遠鏡與算法,將哈勃常數測量誤差降至1%,徹底揭開這一宇宙學難題的真相。從古人的樸素認知,到現代望遠鏡的精密觀測,人類對宇宙的探索從未停歇,而每一次突破,都在逼近那隱藏于星辰背后的終極規律。











