宇宙膨胀速度中的秘密，你知道多少？
也许，在上个时代里关于宇宙的最重大的发现出现在二十世纪末。我们发现了一个最令人不安的宇宙真理：随着时间的流逝，那些遥远的星系们不仅离我们越来越远，甚至还在加速离开。宇宙加速膨胀现象是宇宙中最奇异且最难解释的现象之一。而发现这一现象的“超新星宇宙学计划”项目研究小组和“高红移超新星搜索队”项目研究小组获得了2011年的诺得贝尔物理学奖。但是，宇宙并不总是这样加速远离我们。数十亿年以来，宇宙膨胀的速度在放缓，这相对于一个生活在100亿年前的人来说，宇宙看起来像是在缩紧。现在让我们看看到底发生了什么，以及我们是如何探索这一切的。
在20世纪20年代，出现了四个证据向我们证明了宇宙正在膨胀，其中有三个观测证据和一个理论证据，他们是分别是：
发现了夜空中的螺旋星云实际上是星系，或者叫它“孤岛宇宙”，其中包含数十亿颗自有的恒星，并且位于银河系之外。
根据维斯托·斯里弗（Vesto Slipher）对这些星系的红移和蓝移的测量结果来确定这些星系是以怎么的诉讼离开我们（红移）或向我们（蓝移）移动，其中绝大多数都是离我们而去。
埃德温·哈勃（Edwin Hubble）和他的助手米尔顿·胡马森（Milton Humason）也对这些星系进行了观测。结合这些观测结果与维斯托·斯里弗（Vesto Slipher）的观测结果共同分析，得出了一个明显的正相关关系：平均来说，离我们越远的星系，远离我们的速度越快。
最后，爱因斯坦的广义相对论在理论带来了巨大飞跃，我们认识到一个在所有方向上布满了几乎相等密度的星系的宇宙是不稳定的，除非它膨胀或收缩。
这使得1929年的宇宙是这样一幅景象：过去的宇宙更热、更密集、膨胀更迅速；随着时间的推移，宇宙变得更冷、密度更小，而且膨胀速度减慢。
如果你在大爆炸的背景下思考，这很容易理解。让我们来想象这样一个画面：宇宙大爆炸如同一场伟大宇宙竞赛的发令枪，这场比赛的两位竞争者分别是拥有惊人扩张速度的“膨胀”，和能够拉拢一切的“引力”。对于这场竞赛，你可以很容易地想象出三种不同的结果，每种结果都会给宇宙带来截然不同的命运：
1.大坍缩。也许最初的膨胀速度很快，但随着时间的推移，重力所施加的力量变得更强。扩张速度将会放缓，然后停止。宇宙将达到最大，然后开始收缩。最后，以一种与大爆炸本质上相反的状态内爆，宇宙至此坍缩。
2.大冻结。这是与上述情况相反的剧情：膨胀开始得很快，重力作用使其减速，但还不够。膨胀以极快的速度一直持续下去，重力一直在减缓它的速度，但无法阻止。这种情况被称为宇宙的热寂，即大冻结。
3.一个临界宇宙。还有一种可能性是，你正好处在两者的边缘，膨胀率和重力完美平衡，膨胀率随着时间的推移而减慢，并逐渐趋于零。如果宇宙中只有一个或很少几个粒子，你会得到上面的第一个或第二个场景，但是粒子不在那里。这种“临界宇宙”的情况会导致最慢的宇宙热寂。
经过数十亿年，“临界宇宙”这一结果似乎要取得胜利。当你生活在宇宙中并观察不同的星系时，你不仅可以测量今天的膨胀率，而且可以通过观察更遥远的星系来测量更早期宇宙的膨胀率
所以数十亿年来，准确地说，大约70亿年，我们似乎生活在一个“临界宇宙”中。宇宙膨胀的初期四处都是是辐射（光子和中微子），然后它的温度下降到使物质（包括一般物质和暗物质）占据主导地位。随着宇宙的不断膨胀，物质密度不断下降，因为物质密度等于质量（一个不变的常数）除以体积（一个不断增加的变数）。
但在某个时间点，当物质密度降至一个临界值时，另一个对宇宙能量密度有着更微妙影响的东西开始显现，那就是暗能量。当宇宙诞生70亿年左右时，暗能量的值仅占宇宙总能量密度的百分之几，当宇宙诞生78亿年时，暗能量密度达到了一个非常重要的值：占宇宙总能量密度的33%。这是一个很重要的数值，因为在一个充满物质的宇宙中，这是导致膨胀率开始加速所必需的暗能量！
大约从60亿年前起，物质密度持续下降，而暗能量保持不变。目前，暗能量约占宇宙总能量的68%，物质的总能量将至约为32%（暗物质占27%，一般物质占5%）。未来随着时间的推移，物质密度将继续下降，而暗能量密度将保持不变，这意味着暗能量将逐步占据主导地位。
对于个别星系而言，假设从大爆炸开始的那一刻有一个星系就急速远离我们，那么从我们的角度来看，这个星系的退后的速度在宇宙形成的第一个78亿年里已经减缓了。在那一刻，这个星系后退的速度将停止放缓，并将在短时间内保持不变。从那之后，随着我们和这个遥远星系之间的空间以不断增长的速度扩张，这个星系的后退速度会变得更快。令人害怕的是在，在我们可观测的宇宙星系中，在其中97%的星系上印证了这个事实。除了我们所在的星系群之外的每一个星系都在以比光速还要快速度远去。由于物理因素上的限制，从某种程度上我们永远也无法追赶上它们。
据我们所知，宇宙中暗能量的数量是固有且恒定的。但物质的密度下降到暗能量主导宇宙膨胀的程度花费了78亿年，或者说太阳系形成前15亿年之前的所有时间。从那时起，所有系外星系已开始加速远离我们，直到最后一个星系离开。在过去的60亿年里，宇宙一直在加速膨胀，如果人类文明出现的更早一些，那我们可能永远不会考虑到除上述三种可能性之外的选项。取而代之的是，我们能够准确地感知宇宙并得出相关结论，这也许是对我们“迟到”最好的奖励。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3. X-inG- forbes
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