宇宙正在加速膨胀？

1929年，美国天文学家哈勃观测到这样一个结果：所有的星云都在彼此互相远离，而且离得越远，离去的速度越快！

此处要插个题外话：当时观测条件非常艰苦，设备很大不仅操作费力还经常出现故障，而且星系这种暗光源曝光时间长达几十分钟乃至数小时之久，期间还要保持对目标星系的准确跟踪。有时，哈勃甚至用自己的肩膀扛起巨大的镜筒，人们调侃地形容说“冻僵了的哈勃”就“像猴子般地”成夜待在望远镜的五楼观测室内，“脸被暗红色的灯光照得像个丑八怪”，由此足见这位天文学大师严谨的科学态度和顽强拼搏的科学精神。功夫不负有心人，经过几年的努力工作，到1929年哈勃获得了40多个星系的光谱，结果发现这些光谱都表现出普遍性的谱线红移。

所以，哈勃认为：整个宇宙都在不断膨胀，星系彼此之间的分离运动也是膨胀的一部分，而不是由于任何斥力作用。

哈勃进而提出“哈勃定律”：Vf = H0 x D，其中Vf 是视向退行速度，单位：km / s；H0是哈勃常数，单位：km / (s·Mpc)；D是相对于地球的距离，单位：Mpc（百万秒差距）。

再后来，随着观测工具的更新换代，科学家采用Ia超新星、造父变星、红移等多种观测方法证实了宇宙膨胀的正确性，而且精确的测定了哈勃常数，目前测定的数值是73.5km / (s·Mpc)，也就是说，星系间的距离每增大1Mpc，星系的相互退行速度便增大73.5km / s。

什么是红移？

在日常生活中你或许有过这样的经验：当一辆救护车或者警车从你面前驶过时，当车向你的位置驶来时，你会发现警报声越来越尖锐，而当车逐渐远去时，警报声调也就随之逐渐降低了。这一现象的背后其实是一种物理原理，被称作“多普勒效应”——当车辆向你靠近时，声波被压缩，频率增高，声音变得尖锐；反之声波波长被拉升，声调降低。

而光线作为一种波，也存在这样的现象，当光源（例如恒星）远离我们的时候，它发出的光波长被拉伸到红端，称为红移，当光源（例如恒星）靠近我们的时候，它发出的光线波长被压缩到蓝端，称为蓝移。

我们如何知道宇宙在膨胀？

宇宙膨胀的葡萄干模型，相对距离随空间（面团）的扩大而增加

测量宇宙星体距离时，我们通常采取宇宙阶梯测量法，也就是说在不同的距离上采取不同的方式，近距离（比如太阳系内）采用无线电反射测量法，远距离（比如银河系内恒星）采用三角视差法，超远距离（比如其他星系）采用标准烛光法（一般通过辨认造父变星和Ia超新星作为标准烛光）。

但在观测中发现远方的星系均不同程度出现红移现象，也就是说光线波长被拉伸，这就说明所有的星系都在远离我们。

另外，在宇宙学中，有一条未能完全证实的“公设”性基本原理，即宇宙学原理。它的含意是：在空间中任意一点，以及从任意一点位置上的任一方向来进行观察的话，宇宙的大尺度图景是没有区别的；而且对宇宙中各处的观测者来说，他们所观察到的物理量和物理规律完全相同，没有任何一个观测者会处于与众不同的特殊地位。根据宇宙学原理，地球上所观察到的宇宙大尺度图景也能被处于任何其他天体上的观测者看到，这就意味着由地球观测者所发现的哈勃定律应该同样适用于宇宙中的任何天体。

于是，我们可以得知，在任何一个星系上，都能看到其他星系在远离自己，而且距离越远，远离的速度越快。从而得出，这个宇宙是一个不断膨胀的宇宙，而且这种膨胀是一种全空间的均匀膨胀。因此，在任何一点的观测者都会看到完全一样的膨胀，从任何一个星系来看，一切星系都以它为中心向四面散开，越远的星系间彼此散开的速度越大，从这个结果反演宇宙历史，科学家建立了宇宙大爆炸模型。

宇宙膨胀的结果是什么？

科学家经过多年的宇宙观测，初步揭示了宇宙的构成：

暗能量占到68%
暗物质占到27%
正常物质（质子、中子和电子）占到4.9%
质子和中微子占到0.1%
光子约占0.008%
绝对没有其他元素，其中包括曲率、宇宙弦、畴壁和宇宙纹理等

正因为我们能够以这样的精度了解宇宙的构成，我们才可以将宇宙的构成与引力定律（由爱因斯坦的广义相对论推导而来）结合，并预测我们宇宙的未来命运，不过这个预测结果令人非常震惊。

推论一，那些没有被引力束缚在一起的星系最终将相互远离，直到从对方视野消失。因为随着宇宙不断膨胀，它们由于不受引力或其他力量的限制，相互远离速度将不断加快，最终，星系之间的空间会越来越大，这也包括我们所在的星系，届时，我们会看到周边星系以越来越快的速度远离我们。

推论二，宇宙空间的膨胀，使得我们也许永远也看不到超过特定距离的星系向我们发射的光线，我们可观测宇宙将越来越空，物质越来越少，我们无法到达的恒星数量，平均每秒就增加2万颗，这些恒星在1秒前发射的光线还能被我们看到，但从这1秒发射的光线，我们也许永远也看不到了。这个结果令人非常不安、非常发人深省，但从另外一个角度讲，也是宇宙对我们的警示——珍惜我们的每一秒，因为它们都是弥足珍贵的，因为如果我们想脱离所处的星系群（由引力束缚起来的，由银河系、仙女座星系和大约60个小型卫星星系组成的天体群），每延迟一秒，就意味着失去了很多机会！

推论三，我们可到达的星系越来越少。宇宙膨胀速度如此之快，以至于即使我们以光速“飞行”，也无法到达遥远的星系！目前，这个“距离”仅为150亿光年。如果按照科学家测算的可观测的宇宙半径——约为460亿光年，并且所有空间区域（平均和最大尺度）包含相同数量的星系，一个可怕的景象就是，即使我们立刻从地球启程光速前往可观测宇宙边缘，我们也只能到达约3%的星系，而可观测宇宙的其他97%的星系已经超出了人类的的能力范围，甚至随着宇宙膨胀，我们所处星系群之外的每个星系，也终将离我们而去，再也无法相见。

我们会因为宇宙膨胀变胖吗？

有网友提出一个很有意思的问题，也一并给大家解释一下。

他说，宇宙一直在膨胀，那是不是意味着我们都会因此变胖呢？

这个，大家大可不必担心，因为虽然宇宙在宏观尺度上是不断膨胀的，但是宇宙的对称性并不是很完美。宇宙有很多区域质量很密集，比如行星、恒星、星系和星系群，但也存在一些区域，恒星密度非常低，比如星系群之间的大空洞，就几乎没有质量。产生这种现象的原因就在于宇宙在不同尺度上还存在很多其他物理现象，在人体这种小尺度上，电磁力和核力占主导地位，在恒星、星系的大尺度上，引力起了重要作用。

尽管无论是大尺度还是小尺度，都具有宇宙膨胀的“分速度”，但是整体表现出来是怎样的，还是要看“合速度”。只要有某种力抵消了宇宙膨胀的“分速度”，那么就会观察不到宇宙膨胀现象，甚至还会出现相互靠近的现象（比如，银河系和仙女星系的靠近，磁铁之间的吸引等）。

在宇宙膨胀的“张力”（本质是大爆炸后物质的惯性膨胀速度）和万有引力、电磁力以及核力之间的拔河比赛中，宇宙膨胀的“张力”只在宇宙尺度上占了上风，而在其他尺度上，引力、电磁力和核力则稳操胜券。

所以，你既不用担心宇宙膨胀能把你变胖，也不用担心宇宙膨胀使仙女系、银河系分割两地，毕竟该撞的还是要撞！