宇宙膨胀速度＞光速

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翻译：王启儒

校对：牧夫天文校对组

后期：李子琦

责任编辑：王启儒

宇宙是在不断膨胀的，而且是加速膨胀，这个观点早在上世纪50年代就已证实。与此同时，细心的你是否发觉，我们每晚看到的繁星，都是跨越数亿年来到我们眼前，也就是说我们看到的是数亿年前的它们，恒星发出光线的同时，宇宙也在膨胀，这又导致星系之间的平均距离在增大。

综上，我们或许无法确定眼中的恒星离我们具体多远吗？当然不是，天文学家总结多年来的观测数据，建立起一个能够体现宇宙膨胀历史的宇宙学模型，以此来解答宇宙在特定时间内膨胀了多少。剩下的就交给小学数学了。

星系的中心，主要是暗物质

Credit：thetimesofinnovations

这个模型便是LCDM，它充分考虑了暗物质和暗能量的影响。通过计算，我们可以得出在137.7亿年宇宙年龄的基础上，当前观测的极限范围在450亿光年，这一极限范围被天文学家们起名为：共动视界（comoving horizon）。

但等一下，450 亿不是比 137.7 大吗？这是否意味着宇宙的膨胀速度超过了光速？是的，你没有看错。

一张以太阳系为中心的宇宙星图（艺术概念图）。

Credit：universe today

但这并不是什么大问题。因为光速限制仅适用于局部观测——我永远都不会看到一艘火箭从我眼前以超过光速的速度呼啸而过。这便是狭义相对论的精妙之处：对于那些处于宇宙边缘的天体，它们可以拥有任何速度，因为它们距离我们十分遥远。

其实早在LCDM模型之前，我们就有办法计算出任意天体当下的速度——红移现象——来实现。如果一个星系正在远离我们，那么其发出的光线会向电磁波谱中的红端移动。这正是埃德温・哈勃最初发现宇宙膨胀的方式。在一个膨胀的宇宙中，距离越远的天体退行速度越快，因为它们与我们之间的空间越多，膨胀的效应也就越显著。而转折点，即天体退行速度超过光速的位置，就在哈勃距离处，也就是 137.7 亿光年开外。

我们仍然能够看到那些星系，因为它们发出的光线是在很久以前，距离我们还很近的时候发出的。而且，如果我们等待的时间足够长，我们仍然可以看到它们背后的其他星系，因为同样地，那些星系在过去也离我们更近。但是存在一个极限，它被称为宇宙学事件视界。其距离大约为 170 亿光年。任何在此距离之外的天体此时此刻所发出的光线将永远无法到达我们这里，无论我们等待多久。

不要过于悲观，因为由暗能量主导的加速膨胀让情况有所改观。宇宙学事件视界在未来将会继续扩大，但最终会达到大约 600 亿光年的极限。但这并不意味着我们能够看到所有事物。来自最遥远星系的光线会发生红移，波长变得如此之长以至于它们实际上从我们的视野中消失了。大约在不远的将来（1000亿年后），本地星系团之外的所有星系都将永远从我们的视野中消失。

『天文湿刻』 牧夫出品

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