宇宙膨脹早已是觀測(cè)事實(shí)，不由你不信，問題是如何理解超光速？

有人問：宇宙大爆炸迅速膨脹，數(shù)以億計(jì)的天體以超光速四散遠(yuǎn)離，你信嗎？

我當(dāng)然相信，因?yàn)榇蟊ㄓ钪嬲撘呀?jīng)是科學(xué)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型，是迄今為止能夠最準(zhǔn)確全面解釋各種宇宙現(xiàn)象的唯一理論。我們都不是科學(xué)家，一些高深理論了解不多不透，但至少我們可以學(xué)習(xí)一些天文常識(shí)，這些常識(shí)就足以支撐我相信這個(gè)理論了。

一些朋友不相信或者反對(duì)這個(gè)理論，是因?yàn)樗麄兏静涣私馐裁词谴蟊ㄓ钪嬲摚膊辉敢馊ド钊雽W(xué)習(xí)了解，僅憑一點(diǎn)點(diǎn)吃喝拉撒的生活知識(shí)，就覺得大爆炸理論不可思議。比如這種“數(shù)以億計(jì)天體以超光速四散遠(yuǎn)離”的說(shuō)法，聽起來(lái)有點(diǎn)恐怖，叫人不得不質(zhì)疑宇宙膨脹理論。

但宇宙大爆炸或宇宙膨脹是“億萬(wàn)天體四散超光速遠(yuǎn)離”嗎？完全不是。因?yàn)橛钪媾蛎浭菚r(shí)空的膨脹，或者簡(jiǎn)單說(shuō)是空間本身的膨脹，而不是星系天體在膨脹；再說(shuō)宇宙天體用數(shù)以億計(jì)這個(gè)數(shù)字太小了，告訴你，光是可觀測(cè)宇宙星系都有萬(wàn)億乃至十萬(wàn)億計(jì)。

何謂空間膨脹？

這里我們把宇宙空間比作所有天體物質(zhì)的載體，宇宙所有物質(zhì)都是鑲嵌在這個(gè)載體背景上，我們說(shuō)的膨脹是這個(gè)大背景在膨脹，星系等天體只是乘坐在這個(gè)載體上跟著移動(dòng)，所謂“超光速”跟其本身沒有關(guān)系。

由于宇宙膨脹速度不是物質(zhì)移動(dòng)的速度，因此這個(gè)超光速與愛因斯坦關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)光速是極限，不得超越的理論沒有矛盾。

但載體膨脹，就是這張大背景在脹大，鑲嵌其上的星系看起來(lái)就在不停相互分開。雖然我們不能用生活邏輯來(lái)理解這個(gè)事情，但為了說(shuō)清楚，還不得不用一個(gè)我們都知道的東西來(lái)舉例。

我們可以簡(jiǎn)單把宇宙膨脹看做一個(gè)氣球在脹大，這個(gè)氣球的膜就是宇宙空間，這個(gè)膜在膨脹，膜上的點(diǎn)點(diǎn)或者圖畫就會(huì)隨著氣球增大而相互分開，這些點(diǎn)點(diǎn)或圖畫我們可以理解為星系等天體?，F(xiàn)在應(yīng)該比較直觀的了解了吧，星系之間的離開是相互離開。

這樣，我們?cè)谶@個(gè)氣球“膜”的表面任何一點(diǎn)看，似乎都是中心，星系都在遠(yuǎn)離這個(gè)“中心”而去。所以理論上宇宙沒有中心，有人老不理解這個(gè)問題，這樣一說(shuō)能夠理解嗎？

宇宙膨脹速度的理解

如果這個(gè)氣球很大很大，一直在膨脹，我們隨意在氣球膜上定一個(gè)點(diǎn)，附近的點(diǎn)點(diǎn)看起來(lái)離開我們的速度很慢，但距離這個(gè)點(diǎn)遙遠(yuǎn)的邊際，疊加起來(lái)的速度就很快了。所謂超光速膨脹，是指宇宙大尺度膨脹超光速，超光速是在距我們百億年以外的地方，而且只是相對(duì)我們觀測(cè)者，在它們附近的速度和我們附近是一樣的。

現(xiàn)在我再來(lái)打一個(gè)比方：如果有人告訴你，某人在天上以每小時(shí)1000千米的速度移動(dòng)，你一定會(huì)感到很驚奇。但如果告訴你，這人是坐在一架飛機(jī)里，他根本沒動(dòng)，只是飛機(jī)載著他以時(shí)速1000千米的速度飛行，你就會(huì)覺得一點(diǎn)都不奇怪了。

其實(shí)宇宙膨脹也是這樣，時(shí)空就像這個(gè)大飛機(jī)，星系就是在飛機(jī)這個(gè)空間里，隨著空間膨脹而移動(dòng)，星系自己并沒有動(dòng)。當(dāng)然，不管是氣球還是飛機(jī)，都無(wú)法真正與宇宙空間相比，宇宙空間比這要復(fù)雜多了，這里只是為了簡(jiǎn)化理解而做的一個(gè)比喻。

膨脹速度是怎么測(cè)算出來(lái)的？

宇宙膨脹是各向同性，越遠(yuǎn)越快，速度與距離成正比例。宇宙觀測(cè)結(jié)果符合哈勃定律，表述為：Vf=Hc*D。這里的Vf表示星系的視向速度，Hc表示哈勃常數(shù)，D表示星系距離（Mpc的倍數(shù)）。

這里面的關(guān)鍵是弄清楚哈勃常數(shù)。何謂哈勃常數(shù)？就是科學(xué)確定在距離我們1Mpc（百萬(wàn)秒差距，約326萬(wàn)光年）的地方，星系離開我們的速度。

科學(xué)家們已經(jīng)用各種儀器、衛(wèi)星、望遠(yuǎn)鏡測(cè)量哈勃常數(shù)幾十年，還沒有得到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。測(cè)得的數(shù)據(jù)最高達(dá)到82.4km/s，最低為67.8km/s，取個(gè)中間值約75km/s。將哈勃常數(shù)代入哈勃定律公式，就可以測(cè)算出宇宙膨脹速度，得出可觀測(cè)宇宙半徑465億光年的最遠(yuǎn)處，膨脹速度約光速的3倍多。

宇宙膨脹速度最近距離從326萬(wàn)光年算起，是因?yàn)榫嚯x再近，星系更多的是受相互之間引力牽制，不適用哈勃定律。比如銀河系和仙女座星系，距離約254萬(wàn)光年，在相互引力作用下，不但沒有分開，還正在以每秒約300千米的速度靠攏，預(yù)計(jì)在未來(lái)30~40億年后，兩個(gè)星系會(huì)相撞融合成一個(gè)更大的星系。

但宇宙膨脹是總體上的，在大尺度范圍起決定作用的。現(xiàn)代科學(xué)研究認(rèn)為，未來(lái)的宇宙膨脹走向如何，是越來(lái)越快，還是會(huì)漸漸慢下來(lái)，停下來(lái)轉(zhuǎn)為收縮，要看暗能量和暗物質(zhì)博弈的結(jié)果，這個(gè)結(jié)果將決定宇宙的歸宿是個(gè)什么結(jié)局。這個(gè)問題說(shuō)來(lái)話長(zhǎng)，過(guò)去也說(shuō)過(guò)多次，這里就不多扯了。

宇宙膨脹的證據(jù)

這個(gè)問題我過(guò)去多有討論，今天只簡(jiǎn)單列舉幾個(gè)證據(jù)。

首先，科學(xué)家經(jīng)過(guò)百年觀測(cè)，所有遠(yuǎn)方的星系都在遠(yuǎn)離我們，而且各向同性。所謂各向同性，就是無(wú)論從哪個(gè)方向看都是一樣的，似乎我們就是宇宙的中心。但實(shí)際上，宇宙沒有中心，就像前面說(shuō)的氣球，在“膜”的任意一點(diǎn)看起來(lái)星系都是在遠(yuǎn)離我們，任意一點(diǎn)都是中心。

通過(guò)星光紅移測(cè)算，越遠(yuǎn)的星系離開我們?cè)娇?，移?dòng)速度與距離成正比。由此科學(xué)家們經(jīng)過(guò)反推，就得出了在過(guò)去的時(shí)間里，星系之間的間隔比現(xiàn)在要小，而且越久遠(yuǎn)的過(guò)去，星系就靠得更近。根據(jù)測(cè)得的哈勃常數(shù)測(cè)算，在130多億年前的過(guò)去某一天某一個(gè)時(shí)刻，所有星系是擠在一起的，根據(jù)愛因斯坦場(chǎng)論，這個(gè)點(diǎn)只能是一個(gè)體積無(wú)限小的奇點(diǎn)。

這就是宇宙由一個(gè)奇點(diǎn)爆炸膨脹而來(lái)的基本邏輯。

其次，根據(jù)大爆炸宇宙模型可以測(cè)算出現(xiàn)在宇宙中元素的豐度，觀測(cè)研究證明這些豐度符合大爆炸模型預(yù)期。

再次，發(fā)現(xiàn)了引力波、宇宙微波背景輻射、黑洞、時(shí)空彎曲等宇宙現(xiàn)象，這些都是愛因斯坦根據(jù)大爆炸宇宙論和引力場(chǎng)論，在100年前的預(yù)言，如今這些預(yù)言一個(gè)個(gè)被證實(shí)，自然這個(gè)理論依據(jù)就更堅(jiān)實(shí)了。尤其宇宙微波背景輻射，是大爆炸38萬(wàn)年后宇宙發(fā)出的第一縷光殘留的余燼，這個(gè)證據(jù)強(qiáng)力地支持了大爆炸宇宙學(xué)說(shuō)。

還有通過(guò)對(duì)宇宙天體、星系的演化規(guī)律了解，都包含在大爆炸宇宙模型的預(yù)期之中。由此，大爆炸宇宙論才成為現(xiàn)代天文學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，除此之外沒有任何理論能夠望其項(xiàng)背。

科學(xué)之所以成為科學(xué)，就是允許任何人質(zhì)疑，任何人能夠推翻前人的理論，發(fā)現(xiàn)更深刻的理論，都將是人類文明的巨大進(jìn)步。但這種質(zhì)疑和推翻一定要建立在科學(xué)精神和科學(xué)方法基礎(chǔ)上，要有證據(jù)和理論體系來(lái)支撐，最后同樣也要接受全世界任何人質(zhì)疑和驗(yàn)證，得到科學(xué)界公認(rèn)。

有哪位大仙不要憑淺薄的想象隨意揣度，而是踏踏實(shí)實(shí)做出點(diǎn)成就得到科學(xué)界公認(rèn)，這才是正道。我說(shuō)的正道是科學(xué)精神和科學(xué)方法，走正道就一定會(huì)得到廣泛的支持。

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