【科普】宇宙膨脹速度超過光速,為什麼我們還能拍攝遙遠的天體

天空之城 2022/08/18 檢舉 我要評論

根據宇宙大爆炸理論的詮釋,宇宙膨脹速度在[[大尺度]]上確實是超光速了。

不過空間的膨脹速度并不受限于狹義相對論的光速限制,因為空間在膨脹的過程中并沒有傳遞任何信息,空間僅僅是物質運動的背景罷了,當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,意味著光永遠到達不了地球,但為何我們還能看到遙遠天體發出的光呢?

在[[大尺度]]上(通常是星系之間的距離),空間的膨脹速度確實超光速了,不過在局部小范圍內,空間的膨脹一點也不明顯。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!

對于地球,太陽系,甚至銀河系來講,都很難直觀地觀測到空間的膨脹。因為正如上文所說,空間膨脹實際上是不同星系之間的空間膨脹,表現出來的就是星系之間在加速遠離彼此。

從巨觀上來看,就像一個不斷膨脹的氣球,氣球上的每個點之間的距離在逐漸變大,不過距離相近的兩個點距離增加的速度非常不明顯,而距離較遠的兩個點之間的距離增加速度越更明顯。也就是說,兩個點距離越遠,膨脹速度就會越大。

這也是著名的「哈勃定律」,是美國天文學家哈勃在20世紀20年代發現的。

哈勃發現,星系之間遠離彼此的速度,與兩者之間的距離成正比,公式表達就是υ=H0D。哈勃定律的發現也成為了宇宙大爆炸理論的有力證據之一。

根據哈勃定律可以計算得出,空間的距離每增加326萬光年,膨脹速度就會增加大約75千米每秒。只有膨脹速度超過光速,天體發出的光才不會到達地球。

那麼多遠的天體發出的光,永遠到達不了地球呢?

通過計算,這個距離大約為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,那里的天體發出的光永遠也不能到達地球被我們看到。對于我們來講,那些天體就是不存在的,也是沒有意義的,因為那里發生的一切都不會對我們有任何影響(信息的傳遞速度也是光速)。

而距離地球133億光年的天體發出的光,并不是需要133億年就能達到地球,因為空間一直在膨脹,相當于光線飛行的距離被拉長了,經過計算,需要大約465億年才能到達地球。

465億年也是可觀測宇宙的半徑,以地球為中心!而由于宇宙存在各向同性,所以不管以任何天體為中心測量可觀測宇宙半徑,最后的結果都是465億光年!

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