自2022年开始向地球传回数据以来，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对天文学产生了巨大影响，其最革命性的成就之一是观测到了一些最遥远的星系。然而，由于光不是瞬间传播的——而是在真空中以每秒约30万公里的速度移动——我们看到的这些星系并不是它们今天的样子，而是数十亿年前的样子。
我们的宇宙估计已有138亿年的历史。因此，我们应该假设我们能看到的最遥远的星系不超过138亿光年（光年是光在一年内传播的距离）。这一点应该是某种「宇宙视界」——超出这个范围，任何望远镜都不应该能看到。而且，由于没有任何东西能以超过光速的速度穿越太空，这意味着没有任何一个距离超过138亿光年的星系能够影响地球，对吗？
其实，事情并没有那么简单。「宇宙视界是一个人可能检索信息的最大距离，」亚利桑那大学天文学家、JWST高级深空星系调查（JADES）团队成员杰克·赫尔顿告诉Space.com。
「有几种不同的宇宙视界，」赫尔顿继续说道，「它们有不同的定义，并依赖于各种宇宙学量。这里最相关的是宇宙视界，这是光在宇宙年龄内可能传播到我们的最大距离。这定义了可观测宇宙的边缘。」2024年3月，JADES科学家透露，这台强大的望远镜发现了JADES-GS-z14-0，这是人类有史以来见过的最遥远和最早的星系。然而，矛盾的是，JADES-GS-z14-0位于约338亿光年之外。我们怎么能看到一个如此遥远的天体发出的光，而宇宙的年龄还不足以让它到达我们？JADES-GS-z14-0位于338亿光年之外，难道不意味着我们看到的是338亿年前的样子，这肯定会挑战对宇宙年龄的估计吗？
不是的。这再次证明宇宙有一种颠覆合理和逻辑结论的方式。
「像JADES-GS-z14-0这样遥远的星系怎么可能被观测到，因为它距离我们超过138亿光年，它的光似乎需要比宇宙年龄更长的时间才能到达我们？」赫尔顿反问道。「答案是宇宙的膨胀。」如果宇宙静止不动，那么来自338亿光年外的星系的光需要338亿年才能到达我们，仅此而已。但是，在20世纪初，埃德温·哈勃发现遥远的星系似乎在彼此远离，距离越远，它们移动得越快。换句话说，宇宙不是静止的；它在膨胀。
这一点在1998年变得更加复杂，当时20世纪即将结束，两组天文学家观察到，宇宙不仅在膨胀，而且这种膨胀还在加速。负责这一现象的力量是一个谜，但它被赋予了「暗能量」的临时名称。在宇宙138亿年的历史中，有两个主要且截然不同的膨胀时期。第一个是现在通常称为「大爆炸」的初始快速宇宙膨胀时期。
这个膨胀时期使宇宙的体积增加了10^26倍（10后面跟着25个零）。这相当于你的指甲从每秒生长1纳米突然变成每秒生长10.6光年（62万亿英里）。此时，宇宙由能量主导，这一时期被称为能量主导时期。
随后是大爆炸后47,000年开始的物质主导时期。最终，宇宙的膨胀使宇宙冷却到足以让质子从夸克和胶子中形成，然后质子与电子结合形成第一个氢原子，形成了第一批恒星和星系。在此期间，由大爆炸驱动的宇宙膨胀几乎停止。
当宇宙刚刚不到100亿年时，物质主导时期出人意料地结束了。此时，宇宙突然再次迅速膨胀。而且，这种膨胀越来越快，甚至今天仍在加速。宇宙的第三个重要时期被称为暗能量主导时期。这是我们目前所处的时期。由于这些宇宙膨胀时期，来自JADES-GS-z14-0的光实际上只在135亿年内到达JWST和地球，尽管其源头现在比135亿光年远得多。这意味着JWST看到的是大爆炸后3亿年的JADES-GS-z14-0。如果没有宇宙的膨胀，JADES-GS-z14-0仍然会在135亿光年之外，尽管它仍会经历较小的局部运动，这可能会使它与附近的星系更接近或更远。但这种星系运动远不及宇宙膨胀引起的运动。
根据赫尔顿的说法，宇宙视界或「光子视界」是一个边界约为461亿光年的球体，这是由宇宙膨胀决定的。这是我们不应该能够「看到」星系的实际视界。星系JADES-GS-z14-0确实在该视界内。
为了避免混淆，天文学家实际上使用了两种距离测量尺度：一种是消除宇宙膨胀因素的共动距离，另一种是包括宇宙膨胀的实际距离。这意味着JADES-GS-z14-0的共动距离为135亿光年，而其实际距离为338亿光年。
然而，JADES-GS-z14-0和其他遥远的古老星系并不总是可见的。JWST能看到JADES-GS-z14-0的事实意味着它曾经与地球和我们的本地宇宙「因果相连」。换句话说，JADES-GS-z14-0发出的信号可以到达银河系，因此，这个存在于时间黎明的星系中的「原因」可以在现代宇宙时期对我们的星系产生「影响」。
「任何可观测的星系都必须在粒子视界内，并且在宇宙历史的某个时刻与我们有因果联系，」赫尔顿说。
然而，现在情况并非如此。像JADES-GS-z14-0和其他JADES发现的星系现在距离我们如此遥远，并且由于暗能量的作用，它们迅速远离我们，以至于今天从它们发出的任何信号都无法到达我们。这是因为光子视界以光速远离我们，但对于真正遥远的天体，银河系与这些星系之间的空间膨胀速度超过了光速。这似乎不合情理，因为阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论将光速设定为普遍的速度限制。然而，这是一条适用于有质量的物体在空间中移动的规则，而不是适用于空间本身的规则。在地球和人类消失后的大约2万亿年后，宇宙的膨胀意味着，无论在银河系中取代我们的是什么智能物种（如果有的话），都将无法看到存在于我们本地群体之外的任何星系——其直径约为1000万光年。
这是一个令人清醒的想法，这意味着人类生活在宇宙历史上的一个独特时刻，在这个时刻，最遥远的星系仍在我们的视野之内。我们能够比任何可能存在的智能生命更了解宇宙及其起源。
因此，詹姆斯·韦伯太空望远镜并不能看到宇宙视界之外的星系，但它确实能够看到非常接近这个视界的天体。宇宙的膨胀和暗能量的存在使得这些极其遥远的星系的光能够在宇宙历史的某个时间点到达我们，使我们能够一窥宇宙的早期历史。通过对这些遥远星系的观测，我们不仅能了解宇宙的起源和演化，还能进一步探究宇宙的膨胀和暗能量的本质，为未来的宇宙学研究提供重要的线索和数据。
