解惑：既然宇宙膨胀超光速，为啥还能看到遥远的星光？

现代科学认为，宇宙膨胀比光速还要快。这样就有了两个问题，一是科学认为这个世界上没有超过光速的物质，又说宇宙膨胀超光速，这个科学不是很矛盾？二是宇宙膨胀既然超过光速，而依赖光观测世界的人类，怎么能够看到那些超光速离开我们的天体呢？

这是很多人都迷惑的一个问题，今天时空通讯就更通俗地来说一说这个问题。

先说说光速。

古代，人们并不知道光有速度，一直到300年前伟大的科学先驱伽利略才意识到这个问题，他想测量一下光的速度到底有多快，就让两个人分别站立在距离1英里的山头，用秒表记录双方举灯的时间间隔。这种原始方法但仍无法测量出飞快的光速，但为后人测量光速开了一个头。

于是经过300多年一代代科学家的努力，光速越来越接近真相。但由于光速太快，机械测量方法是不可能得到精准数值的，一直到了上世纪七十年代，科技已经有了足够的进步后，才用激光测速法测得了更为精准的光速值，1975年国际计量大会决定，现代真空光速值为c=299792458m/s。

因此光速是科学测量出来的数值，不是随便猜测出来的。

爱因斯坦狭义相对论对光速的性质做了3个定义，即：光速极限、光速不变。迄今这些光速的性质已经被无数观测发现、实验数据所证实，没有一例反证出现，因此真空光速已经成为现代物理学最重要的一个常数，成为我们观察认知这个世界的前提，它贯穿于现代科学研究的任何领域。

光速极限，就是光速是我们宇宙最高物质运动速度，任何有质量的物体都无法超越；光速不变，就是在任何参考系中，光速是不变的，光速与任何速度叠加，得到的仍然是光速。

既然光有速度，我们看到的世界就不可能是“即时”的。

这里特别指出一个误区：有人老以为眼光最快，看到哪就到了哪，几亿光年的星系我们一样就能够看到。这种认知是颠倒的，其实眼睛不会发光，而是光传递到我们眼睛才能够看到，我们看到几亿光年远的天体，是因为那个天体的光已经运行了几亿年才到达我们这里，如果没有光的传播，我们就什么也看不到。

光的传播虽然很快，但还是有速度的，因此我们看到的任何物体就都不是“即时”的。

何谓即时？就是现在、当下。也就是说，我们看到的东西是现在、当下的东西吗？如果我说不是，很多人一定会觉得匪夷所思。比如说我看到一位朋友在50米远的地方走过，于是我打个招呼：“嗨！”然后她回应：“你好！”难道我看到的她不是现在，而是过去的？

是的，这就是奇妙的光速导致的效应。光速约每秒3亿米，这位50米距离的朋友，人体反射的光到达我的视网膜就需要6000万分之1秒，因此我看到的这位朋友就是6000万分之1秒前的样子了。由于光速极快，有人觉得这点时间变化也有过去现在之分，实在是吹毛求疵。

这种想法并非一点道理也没有，因为地球本身周长才40000千米，光围绕着转一圈只需要0.13秒，何况人的眼光看不了多远，这点时间完全没必要计较。其实不然，如果出了地球呢？

月球的光到视网膜需要1秒多时间，我们看到的月球就是1秒前的样子，火星之光到达我们眼帘需要数分钟，我们看到的火星就是数分钟前的样子。同理，几光年、几万光年、几亿光年距离的天体，我们看到的就是几年、几万年、几亿年前的样子。这样你还觉得没必要计较吗？

如何理解事件发生的“过去时”？

很多人难以理解这种看到物体的“过去时”，打个小比方可能大家就清楚了：我们看到较远的地方有人在放烟花，当绚丽的烟花盛开时，我们听不到声音，烟花熄灭时，我们才能够听到烟花爆裂的声音。这是因为音速比光速慢多了，我们眼睛先看到光，然后耳朵才听到声音。闪电和打雷的时间差也是这个道理。

假定我们没有眼睛，只是依靠光速来判定事物变化，我们能够以听到的声音来判定这是“即时”发生的事情吗？不能，肯定要用距离除以音速，才能得到这件事发生的真实事件，说明这件事是“过去”发生的了。

音速在空气中传播的速度约340m/s，如果1km外传来爆炸声，爆炸就发生在约3秒前，如果在10km远传来爆炸声，爆炸就发生在29秒前；如果50km外传来的爆炸声，爆炸就发生在2分多钟前。

宇宙膨胀是怎么回事？

通俗点讲，宇宙膨胀有点像我们吹气球，整个气球叠加起来的膨胀速度是很快的，球面上每一个点之间分开的速度并不快。不信，你看看气球上的花纹，假定自己在某一个点，附近的点离开自己就很慢，所有的点都是均匀散开，这些点散开的速度叠加起来，距离最远的那个点速度就最快。

科学家们观测发现，宇宙膨胀速度是均匀的，各向同性的。就是说不管在宇宙什么地方，膨胀速度都是一样的，从地球上看，各个方向的远方星系都是离我们远去，速度与距离成正比例关系，也就是说，距离越近离开我们速度越慢，越远越快。

科学家们几十年来一直在测量宇宙膨胀速度，采用的方式是测出哈勃常数，就是在距离我们百万秒差距（约326万光年）的地方，宇宙的膨胀速率有多快。多次多种方法测量数据并不一致，在67.8km~82.4km/s之间，我们取一个中间值为75.1km/s，根据哈勃定律，我们就能够计算出可观测宇宙最远处的宇宙膨胀速度。

哈勃定律公式为：Vf = Hc x D

这里的Vf为目标星系远离速率，单位：km/s；Hc为哈勃常数，单位：km/(s·Mpc)；D为相对地球的距离，单位：Mpc（百万秒差距，也就是约326万光年）。

现在科学研究认为，可观测宇宙半径为465亿光年，根据哈勃常数为75.1km，代入公式可计算出可观测宇宙边际的星系离开我们的速率约为1071211.6km/s，约光速的3.57倍。所谓宇宙膨胀超过光速就是这样来的，但距离我们较近的星系膨胀并不快，如前面说的哈勃常数，只有75.1km/s。

一般来说，更近的星系受到万有引力影响，并不适用哈勃常数和哈勃定律，有的还在相互靠近。比如银河系和仙女座星系，距离254万光年，两个星系受到引力相互影响，正在以每秒约300千米速度靠近，根据这个趋势，在未来30亿年左右会发生碰撞融合，最终合并成为一个更大的椭圆星系。

但这并不能否定整个宇宙大尺度的均匀膨胀。

宇宙膨胀超光速，怎么还能看到遥远的星系呢？

其实我们看了前面说的宇宙膨胀规律，就应该知道只是足够远的星系离开我们速度才会超过光速，较近距离的星系离开速度是没有超过光速的，这样我们能够看到它们就没什么疑义了吧？那么超过光速离开我们的星系，我们是怎么能够看到呢？

根据哈勃定律，我们可以计算出距离我们约136.8亿光年的星系，离开我们的速度就达到光速，我们怎么能够看到这个星系呢？这是因为不管它以什么速度离开我们，但在那个位置已经发出的光还是会以光速向我们传递过来，因此，那个星系发出的光在136.8亿年后，我们就能够看到。

但有一定需要说明的是，我们看到的这个星系是136.8亿年前的了，如果这个星系依然是以光速在离开我们的话，那么它现在的位置就已经在距我们263.6亿光年的地方了。由于宇宙本身一直在膨胀，远近星系离开的速度不一样，星系与我们距离计算方式是共进距离，这是一个复杂计算方式，结果远远大于简单计算，这里就不细讲了。

同理，距离我们更远的465亿光年可观测宇宙边沿，那里的星系离开我们的速度是3.57倍光速，但它在那个位置发出的光仍然会以光速向我们传递过来，我们看到的这个星系就是465亿年前的样子了，它现在的实际位置按照共动距离计算，早就在数千光年以外了。

特别指出，可观测宇宙不是我们现在望远镜可以看到的宇宙，而是经过理论计算出来的宇宙哈勃体积，实际上现在距我们460亿光年距离的星系，通过红移和宇宙学公式计算，当时它们离我们仅仅只有4200万光年之远。

宇宙有一个未来视界。

这个未来视界就是人类可能了解的一个边际，这个边际就是可观测宇宙。也就是说，可观测宇宙之外的星系之光由于离开我们的速率太快，红移太大，那里的光就永远也到达不了地球，因此永远也不会被我们观测到。

但这并不是说在较近距离膨胀速度超过光速，我们就看不到那里的星系了。

这里特别声明一下，宇宙膨胀是时空本身的膨胀，就像气球膨胀是气球本身在胀大，且是较远速度叠加才超过光速，而具体星系之间离开的速度还是很慢的，因此并不是物质本身运动速度超越光速，不受相对论光速极限约束。

今天就说到这，如有什么想法，欢迎在评论区留言，我将尽量做出解释。如喜欢我的文章，请关注点赞，谢谢阅读，欢迎讨论。

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宇宙中有些星光永远不会到达人类视网膜，这是为什么？

人类已经知道银河系有几千亿颗恒星，而太阳只是银河系中很普通的一颗恒星。银河系只是本星系群约50个星系之一，本星系群只是超本星系团中上百个星系团（群）中的一个小小成员，其中室女座星系团就有2500多个星系组成。

现在人类已经观测到宇宙中存在有几千亿个星系，据科学界预计，整个宇宙可能有星系10万亿个之多。

现在人类当然还有很多没有发现和看到的星系，那么随着时间的久远，有没有人类永远也看不到的星系存在呢？如果有，依据又是什么呢？

时空通讯的答案是：当然有，这是基于大爆炸宇宙标准模型预测的，依据就是哈勃定律。

何谓哈勃定律？这得从著名天文学家、美国芝加哥大学天文学博士爱德温·哈勃发现了宇宙膨胀规律说起。

上世纪初，科学家斯里弗发现了旋涡星系谱线红移现象，哈勃在这个基础上，对遥远星系的距离与红移进行了大量的测量工作，发现远方星系谱线红移是一个普遍现象，而且红移量与距离成比例关系，越远红移越大。

何谓红移？

红移就是指在物理学和天文学领域，光源相对观测者向远方移动时，波长会变长，频率降低，电磁波谱就会向红端移动。因此红移可以说明光源远离我们而去。

于是哈勃得出一个结论：星系都在远离我们而去，距离越远，离开的速度越大。

于是，哈勃进一步研究监测了20多个星系的退行速度，发现了星系退行速率与距离的线性关系。

哈勃得出一个星系距离与离开速度的关系式，表述为：Vf = Hc x D

其中，Vf为原离的速率，单位为km/s；Hc为哈勃常数，单位为km/(s·Mpc）；D为相对地球的距离，单位为Mpc。

这里面的Mpc为百万秒差距，是一个距离单位。1个秒差距约3.26光年，百万秒差距为326万光年。

这种距离与退行速度的线性关系后来被科学界定为哈勃定律 ，现在常常见诸媒体所谓哈勃常数，就是哈勃定律的重要参数。

有了哈勃常数，就知道了星系退行的速度，从而计算出整个宇宙整体叠加的膨胀速度。

哈勃常数就是通过各种方法，测算出距离我们百万秒差距，也就是326万光年远那个地方星系离开我们的速度。

虽然从上世纪中叶以前，科学界对哈勃常数就有许多测算，但真正较为精确地测量还是本世纪开始的。

十几年来，各国通过各种方法得出的哈勃常数并不完全一致，以至于对宇宙年龄还没有一个准确定论。

现在得到的几个影响力较大的哈勃常数如下：

2006年，马歇尔太空飞行中心一个研究小组，利用NASA的钱德拉X射线天文台观测发现，哈勃常数为77(km/s)/Mpc，正负误差为15%；

2009年，NASA根据对遥远星系la超新星观测后，将哈勃常数修正为74.2±3.6(km/s)/Mpc，这样不确定性因素缩小到5%以内；

2013年，欧洲航天局利用普朗克卫星，测得哈勃常数为67.80±0.77(km/s)/Mpc，正负误差缩小到1%多点；

2019年，德国一个科学团队利用引力透镜效应，计算出哈勃常数为82.4(km/s)/Mpc，这是最新的测算。这次的哈勃常数比以往的出入较大，如果根据这个哈勃常数计算，宇宙年龄要比先前科学界认定的137亿岁~138.2亿岁，还要年轻20几亿年。

但不管哪一组数据，我们根据哈勃定律计算，宇宙整体叠加膨胀速度都超过了光速的3倍多。

科学界认为，可观测宇宙半径为465亿光年，也就是14263.8Mpc。

现在我们按照最小的哈勃常数来计算。

哈勃定律表达式为：Vf = Hc x D

67.80±0.77(km/s)/Mpcx14263.8Mpc=967085.9km/s

就是说，在我们可观测宇宙的边缘地带，星系离开我们的速度已经达到了96.7万千米每秒，是光速的3倍多。

那么，这样一组数据怎么能够证明宇宙年龄和有的星光至今没有来到地球呢？

实际上，时空通讯前面的叙述和论证都是为了说明两件事，一件就是宇宙的确在膨胀，二是膨胀的整体叠加速度很快。

这样就得出了三个结论：

一个是回溯过去，我们宇宙的所有星系原来都是挤在一起的，根据相对论引力场论，巨大质量坍缩进自己的史瓦西半径，只能成为一个奇点，因此宇宙大爆炸是从奇点开始的。

二是按照宇宙膨胀速度追溯过去，根据大爆炸宇宙论模型，就可以测算出宇宙大致年龄。

三是由于宇宙膨胀速度过快，距离我们遥远的星系以超过光速几倍的速度离开我们，因此那里的星光不但是现在，很可能永远都无法传递到我们的视网膜。

根据大爆炸宇宙论，宇宙有两个视界，我们所有的观测只能在这两个视界之间进行，超出这两个视界，是我们无法看到的宇宙部分。

一个是过去视界。这是在宇宙大爆炸开始后的38万年前，这段时间宇宙高温高压至密，原子也没有形成，是一锅又浓又热又黑的粒子汤，光子也无法脱耦，所以依靠光来观测的人类，对那段宇宙什么也看不到；

还有一个就是未来视界。就是刚才说的由于宇宙膨胀速度超过光速，宇宙边际的星光永远也传递不到我们的眼帘。

这就是宇宙中不但还有，而且永远有星光无法到达我们这里的证据。

就是这样，欢迎讨论，谢谢阅读。

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