根據(jù)宇宙大爆炸理論的詮釋,宇宙膨脹速度在大尺度上確實(shí)是超光速了。
不過空間的膨脹速度并不受限于狹義相對(duì)論的光速限制,因?yàn)榭臻g在膨脹的過程中并沒有傳遞任何信息,空間僅僅是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的背景罷了,當(dāng)然也是光飛行的背景。
理論上講,既然光在超光速膨脹的空間里飛行,意味著光永遠(yuǎn)到達(dá)不了地球,但為何我們還能看到遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光呢?
在大尺度上(通常是星系之間的距離),空間的膨脹速度確實(shí)超光速了,不過在局部小范圍內(nèi),空間的膨脹一點(diǎn)也不明顯。如果連生活在地球上的我們都能感覺到空間在膨脹,那就太可怕了!
對(duì)于地球,太陽系,甚至銀河系來講,都很難直觀地觀測(cè)到空間的膨脹。因?yàn)檎缟衔乃f,空間膨脹實(shí)際上是不同星系之間的空間膨脹,表現(xiàn)出來的就是星系之間在加速遠(yuǎn)離彼此。
從宏觀上來看,就像一個(gè)不斷膨脹的氣球,氣球上的每個(gè)點(diǎn)之間的距離在逐漸變大,不過距離相近的兩個(gè)點(diǎn)距離增加的速度非常不明顯,而距離較遠(yuǎn)的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離增加速度越更明顯。也就是說,兩個(gè)點(diǎn)距離越遠(yuǎn),膨脹速度就會(huì)越大。
這也是著名的“哈勃定律”,是美國(guó)天文學(xué)家哈勃在20世紀(jì)20年代發(fā)現(xiàn)的。
哈勃發(fā)現(xiàn),星系之間遠(yuǎn)離彼此的速度,與兩者之間的距離成正比,公式表達(dá)就是υ=H0D。哈勃定律的發(fā)現(xiàn)也成為了宇宙大爆炸理論的有力證據(jù)之一。
根據(jù)哈勃定律可以計(jì)算得出,空間的距離每增加326萬光年,膨脹速度就會(huì)增加大約75千米每秒。只有膨脹速度超過光速,天體發(fā)出的光才不會(huì)到達(dá)地球。
那么多遠(yuǎn)的天體發(fā)出的光,永遠(yuǎn)到達(dá)不了地球呢?
通過計(jì)算,這個(gè)距離大約為133億光年。言外之意,133億光年之外的空間膨脹速度超過光速,那里的天體發(fā)出的光永遠(yuǎn)也不能到達(dá)地球被我們看到。對(duì)于我們來講,那些天體就是不存在的,也是沒有意義的,因?yàn)槟抢锇l(fā)生的一切都不會(huì)對(duì)我們有任何影響(信息的傳遞速度也是光速)。
而距離地球133億光年的天體發(fā)出的光,并不是需要133億年就能達(dá)到地球,因?yàn)榭臻g一直在膨脹,相當(dāng)于光線飛行的距離被拉長(zhǎng)了,經(jīng)過計(jì)算,需要大約465億年才能到達(dá)地球。
465億年也是可觀測(cè)宇宙的半徑,以地球?yàn)橹行模《捎谟钪娲嬖诟飨蛲?,所以不管以任何天體為中心測(cè)量可觀測(cè)宇宙半徑,最后的結(jié)果都是465億光年!