宇宙最快星系，远离速度达2.3倍光速，为什么它没有违背相对论？

相信很多朋友都知道相对论，它是爱因斯坦提出的最伟大的物理理论，也是人类科学史上最伟大的一个基础理论。相对论让我们对空间，时间，宇宙有了更新的认知。

相对论一个伟大的理论，对人类的影响是深远的，而人类目前对相对论的应用和理解还只是皮毛。爱因斯坦也因为相对论的提出，被科学界称之为近现代科学史上最伟大的物理学家。

根据相对论，物体的速度并不是无限提升，而是有一个限制，那就是光速。不管物体的速度有多快，它最多只能无限接近光速，在很多人看来，超光速现象是不存在的，那事实真的如此吗？当然不是。

事实上，在浩瀚的宇宙中就存在超光速现象，比如宇宙的膨胀，要知道宇宙大爆炸到现在是138亿年，而目前人类可观测宇宙范围达930亿光年。可见，宇宙膨胀的速度是远超光速的，而且宇宙中有一个星系，它远离我们的速度也超越了光速，达到了2.3倍光速。

这让不少的朋友难以理解：为什么这个星系远离我们的速度能够达2.3倍光速，难道这不违背相对论吗？可事实上，它并不违背相对论，这是为什么？要弄明白这个问题的答案，首先我们要对相对论有一个大体的了解。

很多人只知道相对论限制了物体的速度只能达到光速，可是却不明白这个限制它是有前提条件的。相对论分为狭义相对论和广义相对论，物体的光速限制是狭义相对论下的产物。在狭义相对论中，宇宙中存在一个终极速度，那就是光速，一旦物体有了静止质量，光速就不可能达到，更不要说超光速了。只有静止质量为零的物体才能以光速运动。

即使称之为狭义相对论，那说明这是一个有局限性的速度理论，事实也的确如此。在狭义相对论下讨论速度，有一个前提条件，那就是物体要相对于局域空间静止。只有在有限的局域静止空间中，物体的速度极限才是光速。

狭义相对论并没有考虑时空本身的曲率和演化，认为时空就是没有曲率的平坦空间。这一点跟我们对于海平面完全静止这种理想化的模型非常相似，那么地球上的海平面有完全静止的情况存在吗？很明显不存在，由于大气的流动，风的运动以及其它的因素，我们看上去海平面风平浪静的时候，它其实也在运动，只不过幅度相对较小。

宇宙空间也是如此，完全静止没有曲率平坦的情况是不存在的，在现实中，宇宙充满了能量和物质。在能量和物质存在的情况下，时空结构会随着时间而变化，导致空间位置发生了变化。于是相对论还有一个广义相对论，就是加入了曲率形成的更切合实际的理论。

在宇宙空间中，质量为王，大质量的天体比如恒星，它周围的空间会变弯曲，处在这种弯曲空间中的物体就会不断靠近该大质量天体，从而表现出引力效应。比如太阳系的中心是巨大的恒星太阳，它的质量占到了整个太阳系质量的99.86%，于是它影响着整个太阳系空间发生了弯曲，八大行星在此弯曲空间中就会向太阳靠近，形成了公转轨道。

在弯曲的空间中，即使物体本身不运动，它也会随着弯曲的空间加速向前。这一点跟海平面起浪之后，浪的起伏带动着物体向前运动是一样的道理，在海上的船只即使本身停止不动，一旦海平面起浪，那么船只也会快速运动。空间就像一条传送带，即便传送带上的物体是不动的，但运动的传送带会带着上面的物体一起运动。

根据广义相对论，在一个各向同性且均匀的宇宙中，时空想要保持静态是不可能的，宇宙要么在坍缩，要么在膨胀。爱因斯坦提出相对论的时候不允许这种情况出现，于是引入了一个宇宙学常数，以维持时空静态，于是有了狭义相对论。

在20世纪20年代，哈勃对星系的光谱做了详尽研究。结果发现，宇宙中的星系并不是一半蓝移一半红移，而是几乎都在红移，只有银河系附近的少数星系出现蓝移，这表明星系基本上都在远离银河系。并且距离银河系越远的星系，远离速度越快。

星系在不断退行，背后的主要因素是宇宙的膨胀，那么星系退行的速度有多快呢？这个可以用哈勃定律来计算，星系退行速度会随着距离的增加而线性增加，比例系数称为哈勃常数。

宇宙空间本身的膨胀带动着星系在快速相互远离，这一点跟气球膨胀非常相似，我们把气球表面比作宇宙空间结构，气球上的点比作空间中的星系。当气球膨胀的时候，气球上的点会随之被互相推开。无论从哪一个点看来，其它点都在退行，距离越远，退行速度越快。

当星系之间的空间膨胀足够多的时候，就会导致星系之间以超光速退行，目前，哈勃常数的测量值大概为70千米/秒/百万秒差距。百万秒差距是天文学上所使用的长度单位，1百万秒差距表示326万光年。哈勃常数表明，如果两个星系的距离为326万光年，空间膨胀会让它们以70千米/秒的速度互相远离，其他距离以此类推。

照此来算，当两个星系的距离达到140亿光年之时，空间膨胀会让它们互相分开的速度达到光速。由于宇宙不断膨胀，我们所能观测到的最远星系GN-z11现在已经退行到了320亿光年之外，它目前的退行速度是光速的2.3倍，这是目前已知退行速度最快的星系。它现在发出的光永远也无法抵达地球。

广义相对论的提出对于人类来说非常重要，如果按照狭义相对论，物体的速度极限是光速，那么人类将永远不可能探索完宇宙，即使是小小的银河系，我们也无法进行探索。因为以光速飞行，要穿越银河系，也至少需要10万年的时间，更不要说大到无法想象的宇宙了。

正是我们发现了宇宙在加速膨胀，空间是存在扭曲现象的，才让我们对探索宇宙充满了希望。虽然飞船本身的速度可能最快只能达到亚光速，但是空间扭曲带来的速度却是没有上限的，能够轻松超越光速。

如果我们掌握了空间扭曲的奥秘，能够打破空间，让飞船四周的空间发生弯曲，从而带动飞船超光速前行，那么人类就可以进行星际航行，快速到达遥远的星空深处。而这种利用空间扭曲穿梭的方式，我们可以称之为空间跳跃或者是虫洞穿梭。

不管是哪种方式，它们都是宇宙膨胀前提下给我们创造的条件。这或许就是宇宙给人类的福利，虽然宇宙浩瀚广阔，大到无法想象，但是空间弯曲现象的存在，却能够让我们有机会走到宇宙的边缘，走遍宇宙。