最快星系，远离速度达2.3倍光速，为什么没有违背相对论？

相信很多朋友都知道相对论，这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基础理论。相对论让我们对空间、时间、宇宙有了新的认识。

相对论这一伟大的理论对人类的影响是深远的，但人类目前对相对论的应用和认识还只是表面的。爱因斯坦也被称为现代科学史上最伟大的物理学家，因为他的相对论。

根据相对论，物体的速度不是无限增大的，而是有极限的，即光速。一个物体再快，最多只能无限接近光速。在很多人眼里，超光速现象是不存在的。真的是这样吗？当然不是。

事实上，在浩瀚的宇宙中存在着超光速现象，比如宇宙的膨胀。要知道现在的BIGBANG是138亿年，而现在人类的哈勃体积是930亿光年。可以看出，宇宙的膨胀速度远远快于光速，宇宙中有一个星系，它远离我们的速度也超过了光速，达到光速的2.3倍。

这让很多朋友很难理解:为什么这个星系会以2.3倍光速远离我们？这不是违背了相对论吗？但其实并不违反相对论。为什么？要理解这个问题的答案，首先要对相对论有个大概的认识。

很多人只知道相对论把物体的速度限制在光速，却不明白这个限制是有前提条件的。相对论分为狭义相对论和广义相对论，物体光速的限制是狭义相对论的产物。在狭义相对论中，宇宙中存在一个极限速度，即光速。物体一旦有静止质量，光速就达不到，更谈不上超光速了。只有静止质量为零的物体才能以光速运动。

就算叫狭义相对论，也说明这是一个极限速度理论，是真的。在狭义相对论下讨论速度，有一个前提条件，就是物体相对于局部空间应该是静止的。物体的速度极限是仅在有限的局部静止空间内的光速。

狭义相对论不考虑时空本身的曲率和演化，认为时空是没有曲率的平坦空间。这很像我们理想化的海平面完全静止的模型，那么地球上是否存在海平面完全静止的情况呢？显然不存在。由于大气的运动，风的运动等因素，海平面看似平静的时候，其实是在运动，只是幅度比较小。

空间也是如此，完全静止，没有平曲率。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，时空结构会随时间发生变化，导致空间位置的变化。所以相对论中有广义相对论，增加了更实用的曲率形成理论。

在空间中，质量为王，一个质量巨大的天体如恒星周围的空间会变得弯曲，这个弯曲的空间中的物体会不断靠近质量巨大的天体，从而表现出引力效应。比如太阳系的中心是一颗巨大的恒星，太阳，它的质量占整个太阳系质量的99.86%，所以它影响整个太阳系空间弯曲，八大行星会在这个弯曲的空间靠近太阳，形成公转轨道。

在弯曲的空间中，即使物体本身不运动，也会随着弯曲的空间向前加速。这和海平面上升后，波浪的起伏带动物体前进是一个道理。即使海上的船只停止移动，一旦海平面上升，船只也会迅速移动。空间就像传送带。即使传送带上的物体没有移动，移动的传送带也会随着其上的物体一起移动。

根据广义相对论，在各向同性的均匀宇宙中，时空不可能保持静止，宇宙不是在坍缩就是在膨胀。爱因斯坦在提出相对论的时候并不允许这种情况发生，所以他引入了一个宇宙常数来维持时空的静止状态，于是他提出了狭义相对论。

20世纪20年代，哈勃对星系光谱进行了详细的研究。发现宇宙中的星系不是半蓝移半红移，而是几乎都是红移，只有少数靠近银河系的星系出现蓝移，说明星系基本远离银河系。而且离银河系越远，离它越远越快。

星系在不断倒退，背后的主要因素是宇宙的膨胀。那么星系倒退的速度有多快呢？这个可以用哈勃定律来计算。星系的后退速度会随着距离的增加而线性增加，尺度系数称为哈勃常数。

空间本身的膨胀带动星系快速相互远离，这和气球膨胀很像。我们把气球的表面比作空间的结构，把气球上的点比作空间中的星系。当气球膨胀时，气球上的点将被相互推开。不管从哪一点来说，其他点都在退步，越远退步越快。

当星系之间的空间膨胀到足够大时，就会导致星系以超光速倒退。目前，哈勃常数的测量值约为70千米/秒/百万秒。一百万秒是天文学中使用的长度单位，一百万秒意味着326万光年。哈勃常数表明，如果两个星系之间的距离为326万光年，空间膨胀会使它们以70km/s的速度相互远离，以此类推。

根据这种计算，当两个星系的距离达到140亿光年时，空间的膨胀会使它们以光速相互分离。由于宇宙的膨胀，我们能观测到的最远的星系GN-z11现在已经倒退到320亿光年以外，目前的倒退速度是光速的2.3倍，是目前已知最快的星系。它现在发出的光永远不会到达地球。

广义相对论对人类很重要。如果按照狭义相对论，一个物体的速度极限是光速，那么人类永远无法探索宇宙，哪怕是小小的银河系。以光速飞行至少需要10万年，更不用说不可想象的宇宙了。

正是我们发现了宇宙正在迅速膨胀，空间存在扭曲，这让我们对探索宇宙充满了希望。虽然飞船本身的速度最快也可能只能达到亚光速，但是空间扭曲造成的速度是没有上限的，很容易超过光速。

如果我们掌握了空间扭曲的奥秘，打破空间，弯曲宇宙飞船周围的空间，带动宇宙飞船以超过光速的速度运动，那么人类就可以进行星际航行，迅速到达遥远的星空深处。而这种利用空间扭曲来穿梭的方式，我们可以称之为空间跳跃或者虫洞穿梭。

无论哪种，都是宇宙膨胀创造的条件。这可能就是宇宙给予人类的福利吧。宇宙虽然广阔，难以想象，但是空间弯曲现象的存在，可以给我们一个走到宇宙边缘，走遍宇宙的机会。