[科普中國]-為什么宇宙可以“超光速膨脹”？

（原標(biāo)題：科普知識(shí)：為什么宇宙可以“超光速膨脹”？）大爆炸/宇宙膨脹/超光速，這三個(gè)標(biāo)簽永遠(yuǎn)是宇宙話題關(guān)注的焦點(diǎn)，但有些反大爆炸理論的網(wǎng)友的邏輯是這樣的：宇宙年齡137億年→可觀測宇宙460億光年→沒有東西可以超光速→大爆炸理論不可能是真的。但是，事實(shí)上宇宙膨脹是可以超光速的……那么宇宙確實(shí)超光速膨脹嗎？答案是肯定的。我們來做個(gè)簡單的計(jì)算，哈勃常數(shù)的值在70公里每秒每百萬秒差距左右，那么先撇開相對(duì)論的因素不談，42億秒差距（138億光年）外的星系就相對(duì)于我們以超光速遠(yuǎn)離了！這個(gè)速度還不算什么，要知道在大爆炸之后的10^-35到10^-33秒之間的一瞬經(jīng)歷了所謂的大暴漲，宇宙從一個(gè)原子核大小膨脹到了太陽系大小。要知道即使是光，在這么短的時(shí)間內(nèi)能走的距離還不到原子核直徑的百億分之一，當(dāng)然接下來膨脹速率就放緩很多了……（圖中縱向是空間跨度）那么我們遇到了第一個(gè)問題：如果一個(gè)星系向我們遠(yuǎn)離的速度大于光速，它的光怎么能傳播到我們這里呢？我不提什么光速不變，鐘慢尺縮，我就舉一個(gè)簡單而形象的例子：我們假設(shè)有一根牛B的橡皮筋，長1000米；有一只蝸牛，在橡皮筋的一段向另一端以每小時(shí)1米的速度爬。當(dāng)它開始爬的時(shí)候，橡皮筋開始以每小時(shí)100米的速度無限拉長，問蝸牛是否能在有限長的時(shí)間里爬到另一端？直覺告訴我們，這特么爬個(gè)P??？橡皮筋拉長速度都是蝸牛速度一百倍了……然而事實(shí)恰恰相反，蝸牛是可以爬到另一端的。要知道，蝸牛已爬過的路程也是隨著橡皮筋的拉長而拉長的，蝸牛爬過的橡皮筋的比例在不斷增加，這個(gè)比例最后會(huì)達(dá)到1。當(dāng)然了，并不是所有比例增加的數(shù)列都會(huì)在有限長的長度內(nèi)總和達(dá)到1（比如0.5+0.25+0.125+……），但是這個(gè)蝸牛的例子里比例確實(shí)最后會(huì)等于1假設(shè)蝸牛爬過的橡皮筋的比例隨時(shí)間t的函數(shù)是f（x)，那么一個(gè)簡單的一次微積方程就可以解決：唉，雖然?？菔癄€，兩萬多億億億億億小時(shí)后蝸牛才爬到了另一端，但也是爬到了?，F(xiàn)在，我們把蝸牛視作光，把這根橡皮筋視作該星系和我們之間的距離，就可以理解光從超光速遠(yuǎn)離我們的星系傳播到我們這里了。當(dāng)然，當(dāng)前宇宙膨脹速度并沒有光速的一百倍之多，所以時(shí)間跨度也沒那么夸張。那么接下來遇到的一個(gè)問題是，宇宙膨脹超光速是否違背相對(duì)論？答案是否定的。我們熟知的具有靜質(zhì)量的物體不能達(dá)到光速是狹義相對(duì)論提到的，在廣義相對(duì)論中愛因斯坦加了一條，觀測者只能測量其鄰域中的物理量。說到底，宇宙在大尺度上并不是一個(gè)閔氏時(shí)空（雖然局部上來看，空間像是靜態(tài)平直的）。當(dāng)前，暗能量接過了宇宙膨脹的交接棒，空間來不斷地受到整體拉伸。簡單來說，你不能說一個(gè)“超光速遠(yuǎn)離”你的星系相對(duì)于你在超光速運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗辉谀愕泥徲?，不屬于同一個(gè)參考系內(nèi)。同時(shí)，對(duì)于觀測者而言，在局部的慣性系中，經(jīng)過其領(lǐng)域的有質(zhì)量粒子無法達(dá)到光速。但是，空間本身的膨脹不受此限制，不以光速為上限。借用知乎上北大一個(gè)大佬的話說，光速=因果性傳遞速度的上限，但是宇宙膨脹不具有因果性傳遞。最后說些題外話，大爆炸模型依然是最廣為接受與觀測支持的宇宙模型。或許它還多有紕漏，甚至在將來還有可能被完全推翻。但是，你拿個(gè)什么“宇宙無法加速膨脹”來妄言大爆炸理論絕對(duì)是錯(cuò)的，也未免太幼稚了。說白了，這種程度的東西要是都能推翻大爆炸模型，難道前沿的科學(xué)工作者會(huì)想不到？我們只能感嘆一聲物理學(xué)的廣博和宏大。所以每每看到一些連泡利不相容或者傅立葉變換都不知是何物的人，沒有任何觀測證據(jù)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)邏輯，就在無比膨脹地宣稱某某理論是錯(cuò)的，宇宙真理是怎樣怎樣的，就感覺真的很……????（責(zé)任編輯：p_jlhao）