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宇宙膨胀大于光速，恒星出发的光，岂不是永远达不到下一恒星？

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发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

宇宙膨胀大于光速，恒星出发的光，岂不是永远达不到下一恒星？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

宇宙膨胀速度大于光速吗？恒星的光能够到达下一颗恒星吗？

答案为：是，也不是！

宇宙的膨胀速度完全取决于你所观测的空间距离。这看起来非常出人意料，宇宙并没有一个固定的膨胀速度，只有单位空间距离的膨胀速率。

空间中相对接近的两个点之间的距离可能在以每秒1000公里的速度膨胀，而相对遥远的两点之间的距离可能在以每秒50万公里的速度膨胀。因此，恒星发出的光能否到达下一颗恒星，取决于它们之间的空间距离。

这是个令人费解的谜团：所有星系看上去都在退行，而且是以极快的速度离我们而去。没有人能够解释它，直到20世纪20年代末，美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）揭开了这个谜团。

1929年，哈勃在观测河外星系时得到了一个令人吃惊的发现。任何方向上任何星系都在远离我们，且星系距离我们越远，它们的退行速度就越快。

当初哈勃并没有精确地知道这些星系的退行速度究竟有多快、距离有多远，但他做出了一个合理的结论：星系光谱的红移不是由于那些星系真正在空间移动，其实质是宇宙空间自身正在膨胀，而且在各个方向上都一样。

一、哈勃定律与膨胀速度

哈勃通过观测星系光谱的红移，给出了星系的退行速度和空间距离之间十分确定的关系，建立了哈勃定律（Hubble's Law）。

所谓谱线红移，指的是星系在空间的运动产生了多普勒效应，如果星系离我们远去，它们的光波频率会变低，波长变长，看到的颜色偏红，这是因空间膨胀导致的现象。这就是星光谱线红移的缘由。哈勃的这个观测结论被称为20世纪天文物理学的一项伟大理性革命。

众多的观测数据表明，无论你朝哪个方向看，遥远星系都在快速远离，甚至星系光谱的红移量的大小也不是随机的，红移量居然与星系离我们的距离成正比。

Vf=Ho·D

其中，Vf 为视向退行速度km/s；Ho 为哈勃常数 km/s/Mpc；D 为相对于观察者（地球）的距离，常用单位是百万秒差距Mpc （1 pc=3.26光年）。

相关资料显示，2001年美国天文学家温迪·弗里曼（Wendy Freeman）对室女星系团中造父星的距离进行测量，结果显示的哈勃常数是72km/s/Mpc，误差为10%。2013年的Planck卫星探测器的测定结果，将宇宙年龄修正为138.2亿年，哈勃常数扩张率修正为67.3+-1.4km/s/Mpc。

2018年，一个国际团队利用哈勃（Hubble）和盖亚（Gaia）空间望远镜完成了一次测量，最新测量的哈勃常数为73.52+-1.6km/s/Mpc。也就是说，一个星系与我们的空间距离每增加一百万秒差距（约326万光年），其远离地球的速度（空间的膨胀速度）就会增加73.52km/s。这里实质是空间自身的增大速度，非星系运动的速度。这是对哈勃常数最新也是最精确的一次测量。虽然测量方法不同，其测量结果会有差异，但在宇宙尺度上，目前的测量结果是令人满意的。

如何理解宇宙膨胀速度超光速

显然，“宇宙膨胀速度大于光速”的表达是马马虎虎的说法。那么，膨胀速度究竟是否大于光速呢？

按照哈勃定律估算，空间中相对较近的两个点的距离，比如太阳到地球的距离是1个天文单位，其空间距离增大速度只有约3.1x10^-7m/s（0.31微米/秒），由于太阳的引力作用，该数值实际上要小很多。

如果相对分散遥远的另外两个点之间的距离则有可能以超光速增大。据估算，大约距离地球145亿光年之外的星系在超光速远离我们。也就是说，只有远于145亿光年外的空间相对于我们在超光速向外膨胀。

现在我们知道，一个离我们145亿光年距离的星系在遥远过去发生的光线传到地球时，由于空间膨胀，该星系此时的实际位置距离我们已经约有465亿光年。因此，宇宙学上的可观测宇宙（observable universe)实际半径大约是465亿光年（这里以光年计的距离并不能等同到静态的宇宙年龄来理解）。

三、恒星发出的光能否到达下一个恒星

上述分析可见，超过145亿光年空间距离的两颗恒星，由于空间膨胀，它们发出的光永远不能到达对方。那些145亿光年距离以内的恒星发出的光线才可能到达下一颗恒星。

可以这么说，距离地球145亿光年之外的星系，不在我们人类的观测范围内。它们发出的光线永远在前往地球的途中，永远不能到达地球。仅仅145亿光年距离以内的星系发出的光线仍可以传递到地球，迟早会被我们所观测到（如果到那时地球还存在的话）。

天文学还告诉我们，由于光速太慢，可观测宇宙是对人类观测能力的一项基本限制。首先，无论望远镜的尺寸和能力有多大，都不能看到比145亿光年更远的地方是什么样子。第二，随着宇宙年龄增大，可观测宇宙不断变大，每一年它的半径都会增大1光年。不幸的是，最终可观测宇宙增大的速度赶不上空间的加速膨胀，我们能够“看见”的星系将越来越少。第三，毫无疑问，宇宙中的每一个位置或观测者都是各自被“禁锢”在他们自己狭小的“可观测宇宙”之内。

四、宇宙的未来

目前的天文物理学理论和观测表明，我们的宇宙很可能会继续加速膨胀下去。星系之间彼此将分离得越来越远，它们在大尺度上即使有相对移动也无法战胜由于空间膨胀造成的相互间空间距离的增大。最后，宇宙中的每一个星系都将成为相互“看不见”邻居的孤岛，我们的夜空将越来越黑暗。

一些科学家相信，从星系到单个原子的所有物质都会被这种极端的空间膨胀所撕裂。即所谓的宇宙大撕裂（Big Rip）。所有物质将无序地弥散到空间中，遥远的未来，宇宙或是一锅越来越稀的基本粒子的“稀汤”。所有的粒子将分离得越来越远，越来越冷。

甚至还有些科学家预言，大约10^40年以后，所有质子完全衰变，此刻的宇宙中仅剩下黑洞或轻子。而黑洞经过霍金辐射的形式缓慢蒸发，最终消失。宇宙中只剩下光子和中微子，宇宙彻底“冷寂”。

【谢谢阅读】

回答于 2019-09-11 08:43:50

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