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宇宙在超光速膨胀,那为什么我们还可以看见光?

时间:2019-02-05 11:05:19 浏览量:
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根据科学研究及天文观测发现从宇宙大爆炸开始,整个宇宙在不断膨胀,星系彼此之间的分离运动也是膨胀的一部份,而不是由于任何斥力的作用。

宇宙超光速膨胀,和看见光其实是两回事,以下为详细说明。

关于宇宙超光速膨胀

关于宇宙超光速膨胀宇宙在超光速膨胀,那为什么我们还可以看见光?

宇宙确实超光速膨胀吗?答案是肯定的。我们来做个简单的计算,哈勃常数的值在70公里每秒每百万秒差距左右,那么先撇开相对论的因素不谈,42亿秒差距(138亿光年)外的星系就相对于我们以超光速远离了!

这个速度还不算什么,要知道在大爆炸之后的10^-35到10^-33秒之间的一瞬经历了所谓的大暴涨,宇宙从一个原子核大小膨胀到了太阳系大小。要知道即使是光,在这么短的时间内能走的距离还不到原子核直径的百亿分之一,当然接下来膨胀速率就放缓很多了……

为什么我们还能看见光

为什么我们还能看见光宇宙在超光速膨胀,那为什么我们还可以看见光?

那么我们遇到了一个问题:如果一个星系向我们远离的速度大于光速,它的光怎么能传播到我们这里呢?我不提什么光速不变,钟慢尺缩,我就举一个简单而形象的例子:

我们假设有一根牛B的橡皮筋,长1000米;有一只蜗牛,在橡皮筋的一段向另一端以每小时1米的速度爬。当它开始爬的时候,橡皮筋开始以每小时100米的速度无限拉长,问蜗牛是否能在有限长的时间里爬到另一端?

直觉告诉我们,这特么爬个P啊?橡皮筋拉长速度都是蜗牛速度一百倍了……然而事实恰恰相反,蜗牛是可以爬到另一端的。要知道,蜗牛已爬过的路程也是随着橡皮筋的拉长而拉长的,蜗牛爬过的橡皮筋的比例在不断增加,这个比例最后会达到1。当然了,并不是所有比例增加的数列都会在有限长的长度内总和达到1(比如0.5+0.25+0.125+……),但是这个蜗牛的例子里比例确实最后会等于1

假设蜗牛爬过的橡皮筋的比例随时间t的函数是f(x),那么一个简单的一次微积方程就可以解决:

唉,虽然海枯石烂,两万多亿亿亿亿亿小时后蜗牛才爬到了另一端,但也是爬到了。现在,我们把蜗牛视作光,把这根橡皮筋视作该星系和我们之间的距离,就可以理解光从超光速远离我们的星系传播到我们这里了。当然,当前宇宙膨胀速度并没有光速的一百倍之多,所以时间跨度也没那么夸张。

是否违背相对论

是否违背相对论宇宙在超光速膨胀,那为什么我们还可以看见光?

那么接下来遇到的一个问题是,宇宙膨胀超光速是否违背相对论?答案是否定的。我们熟知的具有静质量的物体不能达到光速是狭义相对论提到的,在广义相对论中爱因斯坦加了一条,观测者只能测量其邻域中的物理量。

说到底,宇宙在大尺度上并不是一个闵氏时空(虽然局部上来看,空间像是静态平直的)。当前,暗能量接过了宇宙膨胀的交接棒,空间来不断地受到整体拉伸。简单来说,你不能说一个“超光速远离”你的星系相对于你在超光速运动,因为它不在你的邻域,不属于同一个参考系内。

同时,对于观测者而言,在局部的惯性系中,经过其领域的有质量粒子无法达到光速。但是,空间本身的膨胀不受此限制,不以光速为上限。借用知乎上北大一个大佬的话说,光速=因果性传递速度的上限,但是宇宙膨胀不具有因果性传递。

以上是我对问题“宇宙既然是在超光速膨胀,那为什么我们还可以看见光呢?”的回答,欢迎大家在评论中与我交流讨论。

编辑:时雨
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