宇宙能够在不违反爱因斯坦规则的情况下超越光速
一个不断膨胀的宇宙使得测量距离变得更加复杂,因为空间在光穿越时并不是固定的。星系持续发出光,但这些光可能需要数十亿年穿越宇宙才到达我们。在这段旅程中,宇宙不断膨胀,增大了星系之间的平均距离(是的,我知道有时星系会相撞,但在这里我们是在谈论平均水平和大范围的情况)。这意味着,当望远镜捕捉到遥远星系的光时,这个图像并不能揭示该星系今天的位置。它展示的是当光开始旅程时星系的样子。为了估算它的当前距离,天文学家必须使用一个宇宙学模型,该模型考虑到宇宙随时间的膨胀。今天使用的主要模型被称为LCDM。它包含暗物质(不同的集)和暗能量(不同的集)。LCDM的优缺点值得单独讨论(不同的集),但是替代模型并不会显著改变这里描述的整体情况。 可观测宇宙的边界 宇宙的年龄大约为137.7亿年,但我们目前可以观察到的最遥远区域大约在450亿光年之外。空间在它们的光朝我们旅行的整个过程中不断膨胀。这个边界被称为粒子视界、宇宙学视界或共动视界,具体取决于你当时的心情。它定义了我们可观测泡沫的外部边缘,并标记了我们今天能看到的最大距离。最初,这些数字似乎相互矛盾。可观测宇宙如何能扩展到450亿光年,而宇宙的年龄仅为137.7亿年?答案是宇宙能够以超过光速的速度膨胀。 为什么允许超光速膨胀 这并不违反物理法则。光速限制了物体在局部区域通过空间移动的速度。观察者永远不会看到一个附近的火箭以超过光速的速度飞过。宇宙膨胀是不同的。遥远的星系并不一定以通常意义上的速度穿越空间。相反,我们与那些星系之间的空间正在增长。特殊相对论对宇宙中大距离增加的速度没有相同的限制。天文学家可以通过测量红移来估算星系的后退速度。当星系远离时,它的光在电磁谱中向红光波长拉伸。埃德温·哈勃利用这种效应揭示了宇宙正在膨胀的证据。在一个不断膨胀的宇宙中,更遥远的星系通常会更快地后退,因为它们与我们之间的空间量更大。更多的空间意味着可以膨胀的距离更大。星系开始以超过光速退去的点被称为哈勃距离。它大约位于137.7亿光年处。 我们为什么还能看到更快移动的星系 我们可以观察到超出哈勃距离的星系,因为现在到达我们的光是在很久以前发出的,当时这些星系离我们更近。我们可能最终也会收到一些位于更远星系的光,前提是光是在这些星系更靠近我们的时刻开始朝我们旅行的。然而,还有一个终极极限被称为宇宙事件视界(这与黑洞事件视界稍有不同)。它目前大约在170亿光年远。任何从这个边界以外发出的光将永远无法到达我们,无论我们等多久。空间的膨胀将阻止它穿越不断增加的距离。 暗能量与消失的宇宙 由暗能量驱动的加速膨胀使这一分隔变得更加极端。宇宙事件视界在未来将继续膨胀,但最终会接近约600亿光年的最大距离。即便如此,观察者仍然无法看到那个距离内的所有内容。最遥远星系发出的光将被拉伸到如此巨大的波长,以至于将有效地消失在视野中。在大约1000亿年后,所有超出本地星系组的星系将从视野中消失,永远。未来的观察者将生活在一个看起来比我们今天可以看到的宇宙小得多且空旷的宇宙中。
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