Home 科學技術 宇宙可以比光速運行得更快,而不會違反愛因斯坦定律。

宇宙可以比光速運行得更快,而不會違反愛因斯坦定律。

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不斷膨脹的宇宙使測量距離變得更加複雜。這是因為當光穿過空間時,空間並不是恆定的。銀河仍然在發光。但這種光可能需要數十億年才能穿越宇宙才能到達我們。在那次旅行期間,宇宙繼續膨脹。透過增加星系之間的平均距離(是的,我知道星係有時會發生碰撞(但我們在這裡討論的是大尺度平均值。)

這意味著當望遠鏡捕捉到來自遙遠星系的光線時,該影像並不能揭示該星系今天的位置。它顯示了光開始其旅程時出現的星系。為了估計當前距離,天文學家必須使用描述宇宙隨時間膨脹的宇宙學模型。

目前使用的領先模型稱為 LCDM,由暗物質(異質通道)和暗能量(異質通道)組成。 LCDM 的優點和限制值得單獨討論(部分),但替代模型不會顯著改變此處描述的整體情況。

可觀測宇宙的邊緣

宇宙大約有137.7億年的歷史,但我們目前能觀測到的最遠區域距離地球大約450億光年。當光線到達我們時,空間一直在膨脹。

這個邊界稱為粒子視界。宇宙地平線或繞軌道運行的地平線這取決於你此刻的感覺有多時尚。它定義了我們可觀察到的氣泡的外緣,並標記了我們目前可以看到的最遠距離。

乍一看,這些數字似乎是矛盾的。可觀測宇宙如何延伸450億光年?宇宙的年齡只有137.7億年?答案是宇宙膨脹得比光還快。

為什麼它的膨脹速度可以超過光速?

這並不違反物理定律。光速限制了物體在局部區域的空間中移動的速度。觀察者永遠不會看到附近的火箭飛船。比光還快

宇宙的膨脹是不同的。遙遠的星系通常不需要加速穿越太空。但我們和這些星系之間的差距正在擴大。狹義相對論並沒有對整個宇宙的距離施加相同的速度限制。

天文學家可以透過測量星系的紅移來估計其後退的速度。當星系移開時,它的光被放大為電磁光譜中的紅色波長。埃德溫·哈伯利用這種效應揭示了宇宙正在膨脹的證據。

在膨脹的宇宙中,越遙遠的星系往往退行得越快,因為它們和我們之間的空間更大。更多的空間意味著可以跨越的距離更長。

星系開始以比光還快的速度後退的點被稱為哈伯相位。它距離我們大約137.7億光年。

為什麼我們仍然看到星系移動得更快?

我們可以觀測哈伯望遠鏡範圍之外的星系。這是因為今天到達我們的光是很久以前發出的。這是那些星系距離較近的時候。最終,我們甚至可能接收到來自一些遙遠星系的光。前提是當銀河系靠近時,光線開始向我們傳播。

然而,有一個上限,稱為宇宙事件視界。 (與黑洞的視界略有不同)目前距離我們約 170 億光年。

現在從該邊界之外發出的任何光將永遠不會到達我們。無論我們等待多久,擴大區域都會阻止更多的距離被跨越。

暗能量和消失的宇宙

暗能量驅動的加速膨脹使這種分離變得更加尖銳。未來宇宙事件視界將持續擴張。但它最終將接近其最大距離約600億光年。

即便如此,觀察者也無法看到該距離內的一切。來自最遙遠星系的光被拉伸到如此巨大的波長,以至於它們實際上從視野中消失了。

大約1000億年後,本星系群以外的所有星係都將永遠從視野中消失。未來的觀察者將生活在一個比我們今天看到的宇宙更小、更空虛的宇宙中。

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