宇宙膨胀@宇宙年龄仅138亿年，但直径却有24万亿光年，为什么超光速？ |超光速|宇宙大爆炸|

本文插图
根据现代宇宙学，宇宙的时间和空间都是创生于138亿年前的奇点。 138亿年过去了，宇宙的直径膨胀为930亿光年，膨胀速度为光速的3.37倍，这与相对论所说的光速最快不矛盾吗？宇宙的半径不应该是“宇宙年龄×光速=138亿光年”吗？
事实上，无论是宇宙大爆炸理论，还是相对论，都是科学界广为接受的理论，这两者并不存在冲突。而且宇宙的直径并非930亿光年，也不是138亿光年，而是至少达到24万亿光年。

本文插图
930亿光年只是可观测宇宙的大小，地球位于这个范围的中心。地心说早就被推翻，地球并不是整个宇宙的中心，因此，以地球为中心的可观测宇宙不会是整个宇宙的大小。
我们在地球上只能观测到半径为465亿光年的宇宙范围，此即为可观测宇宙。整个宇宙要比可观测宇宙大得多，还有很大一部分宇宙是我们目前所无法观测到的。

本文插图
那么，为什么会有可观测宇宙的概念？为什么可观测宇宙和整个宇宙会那么大？
宇宙膨胀的本质
首先，需要明白宇宙膨胀是怎么回事。在138亿年前，创造宇宙的奇点并不是身处无尽空间中，然后在虚无的空间中不断膨胀。事实上，奇点不在空间中，而是奇点创造出了空间，宇宙诞生前并没有空间。宇宙不是膨胀到空间中，其实是宇宙本身在不断创造出空间，空间是无中生有的。

本文插图
随着时间的推移，空间自身结构不断扩张，空间中的物质就会被互相分开。这就好比在一个气球表面上有很多蚂蚁，当气球膨胀时，即便蚂蚁不在气球上走动，它们之间也会被互相分开。最初距离越远的蚂蚁，它们互相远离的速度越快，甚至可以超光速。
如果空间中的物体相距足够远，它们之间的空间快速扩张，可以使它们互相远离的速度超过光速。然而，物体本身相对于背景空间的运动速度并不会超光速，相对论所说的光速最快指的是这种局域速度。空间膨胀速度可以任意快，与相对论中的局域速度概念是两码事。
可观测宇宙

本文插图
宇宙一开始没有自由运动的光子，因为早期宇宙密度极高，光子与带电粒子互相耦合。直到宇宙形成大约38万年后，宇宙的直径膨胀到1亿光年，物质密度变得足够低，光子才能在宇宙中自由传播。
这些光子至今还在整个宇宙中传播，我们在地球上可以接收到它们。只是因为经过漫长的空间膨胀，当年的光子已经衰减为微波——宇宙微波背景辐射。只要能够精确测量出宇宙中最古老光子的时间，也就能知道宇宙的确切年龄。

本文插图
无论我们沿着何方望向宇宙的尽头，最终只能看到宇宙微波背景辐射。随着空间膨胀，当年那些辐射出这些光子的物质已经退行到距离地球465亿光年的地方，这就是可观测宇宙的尽头。
不可观测宇宙
在宇宙变得透光之时，那些发出第一批光子的物质距离地球诞生前所在位置约为4200万光年，而当时整个宇宙的直径可达1亿光年。由于光速有限，时间有限，宇宙中还有很大一部分的光子还没来得及到达地球，这些地方就成了不可观测宇宙。