宇宙膨脹速度＞光速

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翻譯：王啟儒

校對：牧夫天文校對組

后期：李子琦

責任編輯：王啟儒

宇宙是在不斷膨脹的，而且是加速膨脹，這個觀點早在上世紀50年代就已證實。與此同時，細心的你是否發覺，我們每晚看到的繁星，都是跨越數億年來到我們眼前，也就是說我們看到的是數億年前的它們，恒星發出光線的同時，宇宙也在膨脹，這又導致星系之間的平均距離在增大。

綜上，我們或許無法確定眼中的恒星離我們具體多遠嗎？當然不是，天文學家總結多年來的觀測數據，建立起一個能夠體現宇宙膨脹歷史的宇宙學模型，以此來解答宇宙在特定時間內膨脹了多少。剩下的就交給小學數學了。

星系的中心，主要是暗物質

Credit：thetimesofinnovations

這個模型便是LCDM，它充分考慮了暗物質和暗能量的影響。通過計算，我們可以得出在137.7億年宇宙年齡的基礎上，當前觀測的極限范圍在450億光年，這一極限范圍被天文學家們起名為：共動視界（comoving horizon）。

但等一下，450 億不是比 137.7 大嗎？這是否意味著宇宙的膨脹速度超過了光速？是的，你沒有看錯。

一張以太陽系為中心的宇宙星圖（藝術概念圖）。

Credit：universe today

但這并不是什么大問題。因為光速限制僅適用于局部觀測——我永遠都不會看到一艘火箭從我眼前以超過光速的速度呼嘯而過。這便是狹義相對論的精妙之處：對于那些處于宇宙邊緣的天體，它們可以擁有任何速度，因為它們距離我們十分遙遠。

其實早在LCDM模型之前，我們就有辦法計算出任意天體當下的速度——紅移現象——來實現。如果一個星系正在遠離我們，那么其發出的光線會向電磁波譜中的紅端移動。這正是埃德溫?哈勃最初發現宇宙膨脹的方式。在一個膨脹的宇宙中，距離越遠的天體退行速度越快，因為它們與我們之間的空間越多，膨脹的效應也就越顯著。而轉折點，即天體退行速度超過光速的位置，就在哈勃距離處，也就是 137.7 億光年開外。

我們仍然能夠看到那些星系，因為它們發出的光線是在很久以前，距離我們還很近的時候發出的。而且，如果我們等待的時間足夠長，我們仍然可以看到它們背后的其他星系，因為同樣地，那些星系在過去也離我們更近。但是存在一個極限，它被稱為宇宙學事件視界。其距離大約為 170 億光年。任何在此距離之外的天體此時此刻所發出的光線將永遠無法到達我們這里，無論我們等待多久。

不要過于悲觀，因為由暗能量主導的加速膨脹讓情況有所改觀。宇宙學事件視界在未來將會繼續擴大，但最終會達到大約 600 億光年的極限。但這并不意味著我們能夠看到所有事物。來自最遙遠星系的光線會發生紅移，波長變得如此之長以至于它們實際上從我們的視野中消失了。大約在不遠的將來（1000億年后），本地星系團之外的所有星系都將永遠從我們的視野中消失。

『天文濕刻』 牧夫出品

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