你可能知道,光速是宇宙中最快的速度,任何物体都无法突破这个极限。但天文学家观测到的数据却显示,宇宙边缘处的一些星系,其远离我们的速度已经超过了光速。听起来像是有人撕碎了物理学课本,但这恰恰是现代宇宙学的一个正常结论。
造成这种“矛盾”的核心,在于宇宙空间本身正在膨胀。当我们用望远镜捕捉到一个百亿年前发出光芒的遥远星系时,那段光在旅途中穿过的空间,早已不是它出发时的模样。我们看到的,只是星系过去的影像,而非它的当前位置。为了推算它现在离我们有多远,天文学家必须借助宇宙学模型,将空间在光线传播过程中不断拉伸的量也计算进去。
目前主流的模型被称为LCDM模型,它引入了暗物质和暗能量的作用。尽管围绕这个模型的优缺点存在诸多学术争论,但用它估算出的数字,并不会因为换成其他替代模型就发生天翻地覆的变化。基于这个框架,我们得到了一个令人惊讶的结果:可观测宇宙的半径,大约达到了450亿光年。
这个数字远大于宇宙的年龄——138亿年。超出的部分,正是空间自身膨胀贡献的。这直接引出了一个推论:既然在138亿年里就拉开了450亿光年的距离,那么处于这个边界上的天体,其远离我们的速度必定超过了光速。天文学界对此并不掩饰:是的,它们就是在超光速退行。
但这里有一个关键前提:狭义相对论里“光速不可超越”的禁令,针对的是物体在局部空间里的运动。你永远不会看到一艘飞船从你眼前以超光速飞过。然而,对于远在数十亿光年之外的星系,由于中间相隔了极其广袤的空间,膨胀效应累积出的退行速度再大,也不受此规则束缚。
这种超光速退行,是通过红移现象精确计算的。当星系远离我们时,它发出的光会向电磁波谱的红色一端偏移。埃德温·哈勃当年正是凭借这一现象,首次发现了宇宙正在膨胀。在一个膨胀的宇宙里,距离越远,星系退行的速度就越快。转折点,就位于138亿光年处的哈勃距离上,从这里开始,天体的退行速度正式跨越光速。
那么,我们为什么还能看到这些早已超光速离去星系的光?因为这些光在数十亿年前踏上旅途时,那些星系离我们也要近得多。随着时间的流逝,会有更多来自更远星系的光陆续抵达,成为可见的目标。但这也存在一个终极边界,即宇宙视界。它划定了在未来的无限时间里,光能够抵达我们的最大范围。视界之外,宇宙的任何信息都将与我们彻底隔绝。
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