我们如何观测到消失的宇宙？
图解：遥远的星系，像在武仙座星系团发现的这些不仅红移远离我们，而且它们衰退速度也在明显的加快。最终，除了某一个特定的点，我们将收不到他们发出的光。
在二十世纪二十年代，科学家们在测量星系之间的距离以及它们的光线如何红移的基础上发现宇宙正在膨胀。到二十世纪九十年代，我们发现宇宙不是简单的膨胀，遥远的星系正在以更快的速度向更远的地方移动。潜在的原因被认为是暗物质，这也使得宇宙随着时间的流逝而消失。
这是真的:在可观测的宇宙有两万多亿个星系，其中97%即使我们以光速也达不到。不过虽然我们到不了遥远的星系上，但是我们可以观测到它们。更困惑的是在之前从未观测到的新的星系正在随着时间的流逝相继显示在我们面前。我们可能到不了已经消失的宇宙，但是仍然能看到它。这篇文章将告诉你怎么做到。
图解：在一个对数刻度上，附近的是太阳系和我们的银河系。但在遥远的宇宙之外，还有宇宙中的所有其他星系、大尺度的宇宙网络，以及最终紧随大爆炸而来的瞬间。虽然我们无法观测到比这片461亿光年远的宇宙视界更远的地方，但将来会有更多的宇宙展现给我们。今天可观测的宇宙包含2万亿星系，但随着时间的推移，我们将能观测到更多的宇宙。
在广义相对论的万有引力理论下，我们的宇宙不可能保持静止。除非我们愿意抛弃我们一直以来最成功的物理理论，否则我们的宇宙不可避免地要么在扩张要么在收缩。
理由很简单，如果在所有方向所有角落充满了相同数量的物质和能量-就像我们观测到的宇宙-我们就能准确地计算出时空的演变。这只取决于三个因素:
最初的膨胀或收缩速率是什么(零也是一种可能)；
宇宙现在总的物质和能量是多少；
不同类型的能量(物质，暗物质，中微子，辐射，暗能量等)所占的比例是多少。
由此我们能够推导出宇宙的过去和未来。
图解：一个关于红移如何在膨胀的宇宙中起作用的说明。当一个星系变得越来越远时，它发出的光必须在不断膨胀的宇宙中传播更长的距离和更长的时间。在一个以暗能量为主的宇宙中，这意味着单个星系在远离我们的衰退中似乎会加速，但也有一些遥远的星系，它们的光今天才第一次到达我们。
在过去的几十年里，天文学家已经能够在银河在尺度确定上今天的宇宙是怎么样的。以组、群和纤维状结构等方式聚集组合而成的星系团使我们能够理解宇宙的大尺度结构。当你把对宇宙微波背景(给我们今天成熟的星系提供了结构的种子)的观测纳入考虑，我们得到一个引人注目的从始至终关于事物如何形成今天这样的图像。
当我们一开始就及时提出，我们得到一个单一，一致的结论。我们宇宙从大爆炸以来已经有了138亿年了，它由68%的暗能量、27%的暗物质、4.9%的正常物质和0.1%的中微子、光子以及任何的其他物质组成，并且将不会再坍缩。
减速膨胀的宇宙到现在的大小尺寸所用的时间最短。这种类型的宇宙会逐渐收缩最后坍缩成一个奇点或者膨胀到无限大。(中间的)以目前速度膨胀的宇宙比减速膨胀的宇宙要古老一点因为它要达到目前大小尺寸所花的时间需要更多，并且它会一直膨胀下去。(右边的)加速膨胀的宇宙是最古老的，膨胀速率实际上因为把星系分开的排斥力在增加。
图解：不同宇宙有不同命运，我们实际上的宇宙则如右边显示的一样。持续的加速度确保了不受我们星系引力束缚的星系远离我们，最后随着时间的流逝不仅到不了那里，甚至超出某一特定能够观测到的点。
如果你拿一个附近独立的星系，从我们的角度问它从始至终出现的过程，你将看到的是这样的：随着时间的流逝，它将经历其内在的演进，它要攻击更小的行星星系，拆分并兼并它们，在这个时候形成新的恒星星系。如果它碰到一个大小相似的星系，会产生绚丽的光，形成一个椭圆星系，同时耗尽形成恒星的气体。
但是这个星系，即使在发展中，也会越来越远，它似乎随着时间的流逝而红移。当星系离我们达到一个临界距离--大概是150万光年--它的红移会超过1，表明它到了一个关键性的位置，跨越了从我们以光速传播过来的东西能到达和不能到达的东西之间的距离。
图解：由于空间膨胀和能量组成的可观察到的(黄色圈以内，包含20万亿个星系)和可到达的(品红色圈内，包含660亿个星系)宇宙部分。在黄色圈在是一个更大的(想象的)区域，包含47万亿个星系，将会是我们能到达宇宙的最大部分。
如果你拿一个独立的，极其遥远的星系看，看到的东西将非常不同。假设这个星系今天可以被看到，你将看到它和遥远过去一样:回到一束光最早发射的时候，穿过膨胀的宇宙经过数百万年的旅行被拉长。光会发生严重的红移——超过其原始发射波长的两倍——你看到的是宇宙大爆炸后一百三十亿年后的星系。它远比我们今天看到的年轻，并且演化得更慢。
随着时间的流逝，如果你把时钟向前快速调数十亿年，你将会看到从星系发出的光:变得越来越红，变得越来越模糊，表明它在一个越来越远的地方，到达一个极限，直到它所显示的星系老化的数量一样。
即使你观察它几千亿年，它也永远不会进化到和我们星系一样的点。因为在我们看来它的年龄永远达不到138亿年。
虽然在极深的区域有放大的、超远的、非常红的甚至是红外星系，但在那里有一些星系比我们在迄今为止最深处所发现的还要远。这些星系将永远对我们可见，但我们将永远看不到它们现在的样子:大爆炸后138亿年。
事实上，我们甚至可以想象，如果你看到一个星系，它的光还没有到达我们的眼睛，你会看到什么。我们能看到的最远的物体，在大爆炸138亿年之后，目前距离我们460亿光年。但任何目前距离我们610亿光年以内的物体，总有一天会有光到达我们。
那光已经发出来了，而且正在向我们走来。事实上，光已经走了很长一段路;它比150亿光年的极限更接近，如果我们以光速离开地球，我们可能达到的极限。即使宇宙在膨胀，即使膨胀在加速，旅行的光总有一天会到达我们的眼睛，让我们在遥远的未来，有能力看到比今天更多的星系
我们最深处的星系观测可以揭示数百亿光年之外的物体，但是在可观测的宇宙中还有更多的星系我们还没有发现。最令人兴奋的是，宇宙中有一些今天还看不见的部分，有一天会被我们观测到。
虽然原则上，在我们目前可观测的宇宙中有2万亿星系，但在遥远的将来这个数字将增加到4.7万亿。
但是我们刚刚说宇宙正在消失。那么，我们怎么可能不仅能看到正在消失的宇宙，而且随着时间的推移，我们还能看到更多的宇宙呢?
这要求我们深入思考当我们谈论一个遥远的星系消失时暗能量意味着什么。让我们换个角度，想象一下我们在一个100%由物质构成的宇宙中会看到什么:一个没有暗能量的宇宙。如果是这样的话，一个遥远的星系不会随着时间的推移而加速远离我们，而是会随着时间的推移，其明显的衰退速度下降到越来越低的值。
可观测到的宇宙可能是以我们为中心直径为460亿光年的圆，当然没有观测到的宇宙更多，也许甚至是无限大的，外面的宇宙就像是我们现在的宇宙一样。随着时间的流逝，我们能够看到更多宇宙，甚至显现出大学我们现在能看到的宇宙的2.3倍。在一个没有暗能量的宇宙，我们能看到所有的宇宙，但那就不是我们所处的宇宙了。
这意味着，随着宇宙年龄的增长，我们能看到的任何物体都会随着时间的推移红移减小。随着时间的推移，新发出的光将穿越宇宙，最终到达我们的眼睛;随着我们年龄的增长，遥远的星系将会衰老，没有任何限制。事实上，在一个没有暗能量的宇宙中——在一个正在减速的宇宙中——我们能看到的星系的数量没有限制，这些星系的表面年龄也没有限制。只要我们的宇宙存在，就会有新的地平线，新的疆域，新的时代等着我们去探索。
在减速膨胀宇宙中，没有宇宙视野限制。没有有限的宇宙视界。没有一个星系如此遥远，以至于我们无法想象它的光在任意长的时间之后到达。一旦光线第一次到达我们的眼睛，之后发出的光线最终也会到达我们的眼睛。
过去不同时期宇宙中不同能量成分的相对重要性。请注意，当暗能量在未来达到一个接近100%的数字时，宇宙的能量密度(因此，膨胀率)将在遥远的未来保持恒定。由于暗能量的存在，遥远的星系已经在以明显的衰退速度加速远离我们，而且自从60亿年前暗能量密度是总物质密度的一半以来就一直如此。
但是我们的宇宙并没有减速，也没有暗能量。我们拥有的暗能量为加速设定了距离尺度和时间表，并告诉我们宇宙视界在哪里。从它的存在，以及我们用来推断它存在所观测到的，我们了解到关于一个位于:
1.短于150亿光年的宇宙:某一天我们将能够看到它宇宙大爆炸后138亿光年的今天，并且如果我们以光速向它们出发是可以到达的。
2.距离我们150到460亿光年的宇宙:我们一直都可以看到，但是我们看到的他们的年龄是小于但是接近138亿年，并且即使我们现在以光速向它们驶去也到不了。
3.距离我们460亿到610亿光年的宇宙:我们今天看不到它，但是在遥远的未来可以看到，并且之后能一直看到，它永远不会出现，甚至不会像现在能看到的最早的星系一样古老。我们也永远够不到它。
4.610亿光年外的宇宙:我们将永远到不了，并且那里的任何东西都看不到我们，或者到我们这里。
我们整个宇宙的历史在理论上都被很好地理解了，但这仅仅是因为我们理解了它背后的万有引力理论，而且因为我们知道宇宙目前的膨胀速度和能量组成。光将永远继续在这个不断膨胀的宇宙中传播，我们将在未来继续任意收到从任意远的地方发来的光，但它在到达我们这里的时间上是有限的。我们需要探测到更暗的亮度和更长的波长，才能继续看到目前可见的物体，但这些都是技术上的限制，而不是物理上的限制。
我们之所以能看到这些超遥远的星系，是因为它们曾经离我们非常近，而且在很早的时候就发出光，而在宇宙更年轻、更小的时候，这些光就向我们发出。即使宇宙膨胀，即使膨胀加速，那些几十亿年前发出的光子，最终会到达我们的眼睛。此外，从那时起发出的光将继续到达这里，即使目前发出的光太遥远，永远无法到达我们。
将会有观测上的挑战，因为随着时间的推移到达的光子会更少，光子本身也会更红，携带的能量也会更少。但是，如果我们在合适的波长范围内建造更大、更灵敏的望远镜，我们应该能够随着时间的推移看到更多的星系——最多4.7万亿——即使是在一个暗能量占主导、正在消失的宇宙中。