光速是世界上最快的速度,那為什么宇宙137億年膨脹了至少420億光年?

2022-12-02 05:26

2022-12-02 09:34
愛因斯坦的相對論指出,不存在比光速更快的速度。所以,比較科學(xué)的解釋是宇宙的膨脹是多維空間的膨脹。比如我們在走路時,地面突然隆起,那么我們走過的路程會比實(shí)際路程更遠(yuǎn),宇宙膨脹也是這個道理。
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這個問題確實(shí)很有意思。但很多人看到這個問題時,往往會這樣反問:“你今年20歲,為什么長到了1.8米?”他們并沒有抓住這個問題的重點(diǎn),理解錯了題目。我們都知道,宇宙誕生于138億年(更新一下數(shù)據(jù))之前的大爆炸,自那時起,宇宙一直在不斷膨脹。

另外,真空中的光速是宇宙最快的速度,所以把宇宙年齡×光速,就能得出宇宙應(yīng)該最多也只能膨脹倒138億光年之遠(yuǎn)。然而,事實(shí)上,可觀測宇宙的半徑可達(dá)465億光年(更新一下數(shù)據(jù))??梢钥吹?,宇宙的膨脹速度超過了光速。那么,這究竟是怎么回事呢?不是說速度不能超過光速嗎?

其實(shí),宇宙的膨脹速度超過了光速并沒有違背愛因斯坦的狹義相對論。狹義相對論只是禁止那些攜帶信息和能量的物質(zhì)超光速,而宇宙膨脹的本質(zhì)是空間自身的膨脹,在宇宙空間中的任何物質(zhì)的自身運(yùn)動速度并沒有超光速。這里要明確一點(diǎn),膨脹的是空間本身。

打個比方,A站在一根很長的橡皮筋上,而這根橡皮筋每一秒會在每一米上延長一米。如果B站在與A相距1米的地方,在1秒后,B與A的距離將變?yōu)?米,所以從A看來,B的退行速度為1米/秒。同樣地,如果在100米外站著C,在1秒后,A會測得C的退行速度為100米/秒。

如果在30萬千米外站著D,在1秒后,A會測得D的退行速度達(dá)到了30萬千米/秒,這個速度已經(jīng)超過了光速(2997****8米/秒)??梢钥吹剑嚯xA越遠(yuǎn)的物體,退行的速度越快,直至一定距離后超過了光速。但這并不會有矛盾,因?yàn)檫@是橡皮筋本身在延長的緣故,而在其之上的物體的自身運(yùn)動速度不會受到影。

上述例子正是我們在宇宙中觀測到的場景。距離地球越遠(yuǎn)的星系,它們的退行速度也越快。直到138億光年之外,它們的退行速度超過了光速。雖然宇宙半徑達(dá)到了465億光年,但我們最遠(yuǎn)只能看到138億光年,這是我們的視界范圍。因此,盡管光速是宇宙最快的速度,但年齡為138億年的宇宙已經(jīng)膨脹到465億光年,因?yàn)橛钪媾蛎浀氖强臻g本身,與相對論并不矛盾。

因?yàn)殡m然宇宙在膨脹,但是它的速度肯定沒有光速那么大的呀,要不然我們就無法看見遙遠(yuǎn)星系的發(fā)出來的光線了。
因?yàn)橛钪媾蛎浀乃俣瘸搅斯馑?,現(xiàn)在是光速的好幾倍,所以宇宙137億年膨脹了至少420億光年。
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