夜空最终会因为宇宙的膨胀而完全变黑吗?

不会的,夜空不会随着宇宙膨胀而变得完全黑暗。诚然,宇宙正在膨胀,这会导致许多星星距离地球越来越远,并因此变得更加黯淡。但是,宇宙膨胀仅仅能够影响到星系级的距离。它不会对星系内的恒星之间,甚至是邻近星系之间的距离产生影响。在星系或者更小的级别中,局部重力将完全客服宇宙膨胀。在我们银河系内的恒星,以及邻近星系的恒星到地球的距离是不会随着宇宙膨胀而增加的。所以其亮度也不会随着时间的过去逐渐黯淡。

有意思的是,几乎所有我们可以通过肉眼看到的星星都在我们星系之中。这意味着宇宙膨胀本质上并不会对我们肉眼观测看到的星空造成影响,所以不论我们等待多久。夜空都不会变成随着宇宙膨胀变成“漆黑一片”。

公共领域图片,来源:NASA。

然而,超级天文望远镜可以看到其他我们星系群之外的星系。如果我们等的足够久,宇宙膨胀将会造成超级望远镜看到的星系减少。当星系的距离增加时,它的光会在到达我们之前传播更遥远的距离,使其看起来更加黯淡。随着时间流逝,更多的星系将会变得越来越难以被超级望远镜所看到。提高望远镜灵敏度可以一定程度帮助我们。

但从逐渐远离的星系发出的光不仅变得更黯淡,还伴随着红移。这意味着因为星系的后退运动,光中所有不同的颜色都将发生多普勒频移到更低的频率。随着时间的增加,宇宙膨胀带来的星系远离的速度会增加,从而他的红移量也会越来越大。过去那些绿色或者红色光会成为无线电波。

上图右侧为遥远的星系在可见光波段的光谱,与图左侧太阳的光谱比较,可以看见谱线朝红色的方向移动,即波长增加(频率降低)

最终,红移量打到极值,光最终无法到达。没有哪种技术手段可以看到无法到达的我们的光。结论是,在非常遥远的未来,也许宇宙会膨胀到除了我们星系群的恒星和和星系之外,其他地方的光再也无法到达地球。那时的天文学家只能满足于研究本星系群了。但是,我们的星空从肉眼角度看的时候依然相同。

宇宙膨胀是宇宙间两处相隔较远点随时间产生的距离增大的现象。这是一中本质的参照空间本身比例大小变化的内在扩张。宇宙并不会“膨胀为”什么样子,也不需要“外部空间”的存在。

从技术上来说,空间和物体在并没有发生“空间移动”,但表征

时空本身的大小和几何形状等度量衡在比例上发生了变化。虽然光和其他物体无法在时空中超过光速运行。但这个限制并不能限制度量衡本身的变化。从观测者角度可以看到空间的膨胀,除了附近之外的其他所有星系全部在远离,退向远方。

在大爆炸之后10^-32秒后的“膨胀时代”,宇宙迅速扩张,其体积膨胀系数最少已达10^78(此系数作为距离膨胀程度表示宇宙宇宙在三个维度至少分别扩张了10^26)。相当于一个1纳米的物体(10的负九次方米,大概DNA分子的一半)其长度延长为10.6光年(约101.7万万亿米或62万亿英里)。之后,膨胀速度大幅下降,直到大爆炸之后的98亿年后(大约40亿年前),膨胀速度才开始增加,并一直保持至今。

从大爆炸形成的宇宙演化图解(左)。在这幅图中宇宙以二维呈现,第三维度是时间,向右是时间流动的方向。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. wtamu

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