宇宙历史为138亿年，为何可观测宇宙直径达到930亿光年？

不少人对于宇宙的可观测直径感到困惑，疑惑为何一个仅138亿年历史的宇宙能观测到930亿光年的直径。接下来，让我们一同探索其中的奥秘。

实际上，这里面存在着一个普遍的误区。我们所说的可观测宇宙并非指目前已经映入眼帘的宇宙部分，而是从理论层面上推断我们能够观测到的范围。这个范围，我们可能还需要耗费数百亿年的时间才能一睹其真容。

以我们目前能够观测到的最远星系为例，距离我们138.2亿光年的那个星系，实际上在发出光线的时候，它与我们的距离仅为465亿光年。

这涉及到了宇宙膨胀的特性，根据现有数据，宇宙的哈勃系数约为每秒70公里每百万秒差距。假设宇宙膨胀速度保持不变，那么那个465亿光年外的星系刚好处于我们目前理论可观测的边界。

这里需要明确的是，宇宙膨胀指的是时空的膨胀，这与物质的移动是不同的，因此不受光速限制。想象一下，各个星系如同面包中的葡萄干，而面包的膨胀就如同时空的膨胀，葡萄干间的距离随着面包的膨胀而加大。

换言之，半径465亿光年的可观测宇宙，其直径自然为930亿光年。然而这并不是说科学家们已经直接观测到了465亿光年之外的某颗恒星，这只是根据科学方法推算出的理论数据。

事实上，目前人类所能观测到的最远星系GN-z11距离我们约134亿光年，而最远的恒星则约为90亿光年。

鉴于光速在任何参照系中都是恒定的，134亿年前诞生的星系，不管它以怎样的速度远离我们，我们最终都会在134亿年后接收到它的光线。

快速远离我们的星系，其光谱会呈现红移现象。通过测量红移值，我们可以计算出星系的退行速度，进而得到三个关键数据：光行时间、回溯时间以及共动距离。

科学家们所测算出的宇宙可观测半径，是基于宇宙微波背景辐射（CMBR）光子的红移量得出的。光行时间与回溯时间应当是一致的，它们指的是光线抵达我们所需的时间，1光年就是1年，138亿光年便是138亿年。我们回溯的，也就是这些天体在这个时间点之前的模样。

至于共动距离，则是根据红移量计算出的星系现在的实际距离。以GN-z11为例，其光行时间和回溯时间都是134亿光年，但它的共动距离已经达到320亿光年。而CMBR的共动距离则高达465亿光年。

宇宙微波背景辐射是什么？简单说来，它就是宇宙大爆炸那一刻留下的余波，被视为宇宙中最早的光。这道光在大爆炸发生后的38万年才形成，在此之前，由于宇宙密度和温度过高，光线是无法形成的。

这便是宇宙最古老的光芒，也是人类目前所能观察到的最远宇宙景象。我们的视觉感知，皆依赖光线的传播，因此我们无法看到更早之前的事物。

光在真空中的速度约为每秒30万公里，1光年就是9.46万亿公里的距离。我们所见的任何事物，都是经过138亿光年（光行时间）传递至我们眼前的光线，我们所见的星系模样，其实是它们138亿年前（回溯时间）的样子，而非它们现在的模样。

既然宇宙只有138亿年的历史，那我们所能看到的星光距离也就不可能超过138亿光年。

现在您是否明白了呢？可观测宇宙的465亿年半径（共动距离），完全是基于科学推算的理论值。

随着对宇宙微波背景辐射的观测越来越精确，我们对宇宙的年龄也掌握得越来越精确；基于宇宙膨胀理论、哈勃定律、哈勃常数、退行速度、红移量等数据的精确计算，我们才有了目前对可观测宇宙范围的理解。

实际上，科学家们仅是看到了138亿光年远的宇宙微波背景，并没有直接观测到138亿年前的星系，因为在那个时代，星系可能还没有形成。

至于恒星，在宇宙尺度中显得微不足道，距离太远便无法观测。到目前为止，我们所观测到的最远恒星距离90亿光年，那是通过宇宙中的大星系团形成的引力透镜效应，放大许多倍之后的结果。

科学界真正观测到的最远星系距离我们134亿光年，这意味着我们所见的是它134亿年前的模样。如果想看到它现在的模样，我们需要等待186亿年，届时它的共动距离已增至320亿光年，而我们看到的依旧是它的过去。

按照宇宙膨胀的可观测半径来计算，最远处的星系已经距离我们465亿光年。那些已经远离我们的星系所发出的光线，还需要300多亿年才能到达我们这里，而届时宇宙的范围已经延伸得更远。

再过几百亿年，我们现在所见的星系是否依旧存在，这又是另一个议题了。

最后，还需说明一点，可观测直径仅仅是宇宙的一小部分，还有两个我们无法观测的范围：过去视界和未来视界。这两个视界的具体范围多大，目前尚无人知晓，而且是我们永远无法直接观测的。这个问题作者之前已有过解释，这里不再赘述。