为什么仙女座星系与银河系会在膨胀的宇宙中相撞？

仙女座星系是距离银河系最近的一个大型星系，它与我们相距大约250万光年。光谱分析显示，仙女座星系正在以110 km/s的速度靠近银河系。并在大约38亿年后，与银河系开始合并。另一方面，当年哈勃的观测结果表明，宇宙正在膨胀。既然如此，为什么仙女座星系还会靠近银河系，并与银河系发生碰撞呢？

首先，我们来了解一下宇宙的膨胀是怎么回事。所谓的宇宙膨胀，其实是指空间本身的膨胀。宇宙中的大多数星系都在远离银河系，并不是因为那些星系本身的运动造成的，而是因为星系之间的空间持续膨胀，才导致星系之间互相远离。下面以气球为例，简单来说明一下空间膨胀。

把三维空间想象成二维的气球表面，并在气球上标出一些点来表示星系。当气球膨胀时，虽然气球上的每个点本身都是静止的，但它们之间会互相远离，因为每个点之间的距离随着气球膨胀而变大了。在每个点看来，其他点都在远离它，它就如同是膨胀的中心。并且距离越远的点，退行速度也会越快，因为距离越远，单位时间内它们之间的距离增加越多。宇宙的膨胀方式也是类似于此，所有的空间都在膨胀，从而导致空间之中的星系互相远离。那么，空间膨胀速率有多快呢？

哈勃常数可用于衡量空间膨胀速率，但这个常数很难精确测定，目前已知的数值大约为70 (km/s)/Mpc（70千米每秒每百万秒差距）。1 Mpc相当于3,260,000 ly（326万光年），这意味着空间距离每增加326万光年，星系的退行速度就会相应增加70 km/s。举个例子，如果两个星系距离3.26亿光年，它们之间的退行速度约为7,000 km/s，如果两个星系距离32.6亿光年，它们之间的退行速度约为70,000 km/s。

从哈勃常数中可以看到，当尺度很小时，空间膨胀效应并不明显。仙女座星系距离银河系250万光年，由于空间膨胀会导致仙女座星系以54 km/s的速度远离银河系。这种退行速度并不快，两个星系之间的引力作用足以克服空间膨胀效应，从而使仙女座星系以110 km/s的速度接近银河系，并在38亿年发生合并。正是因为引力在小尺度下占据主导作用，我们的地球、太阳系以及银河系等结构才能形成。

此外，从哈勃常数中还能得出一个结论，那就是当星系的距离达到140亿光年时，它们之间的退行速度将会达到大约300,000 km/s，即达到了光速。这意味着距离银河系超过140亿光年的星系，都在超光速退行，它们现在发出的光不再会传播到地球上。

上个世纪末的研究发现，空间不但正在膨胀，而且这个速率还在持续增加。观如果宇宙空间继续像现在这样加速膨胀下去，本星系团中的其他星系最终都会远离我们而去，而本星系群中的几十个星系最终将会在引力的作用下合并成一个星系。到了遥远的未来，观察者再仰望夜空时，他们所能看到的只有自己星系中的天体，而宇宙中的其他星系都无法观测到。

虽然宇宙微波背景辐射不会随着空间膨胀而消失，但由于空间的加速膨胀，这些宇宙中最早的光的波长将会拉长到光年尺度，导致它们几乎无法被探测到。在遥远的未来，绵延在宇宙中的只有无尽的黑暗。