眾所周知，宇宙的年齡是138億年，按照大爆炸宇宙理論，宇宙中最早的光誕生于138億年前，宇宙膨脹至今直徑頂多是276億光年。那為什么科學(xué)家們說目前的可觀測(cè)宇宙的直徑為930億光年？

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宇宙在超光速膨脹并沒有違反任何物理規(guī)律。愛因斯坦的相對(duì)論中說真空中的光速是宇宙中物體運(yùn)動(dòng)速度的極限，那說的是有靜止質(zhì)量的物體的運(yùn)動(dòng)速度不能超過光速，卻并沒有規(guī)定空間的膨脹速度不能超過光速。我們的宇宙之所以這么大，就是因?yàn)榭臻g在持續(xù)不斷的以超光速膨脹。

20世紀(jì)20年代，美國(guó)天文學(xué)家埃德文哈勃發(fā)現(xiàn)河外星系正在遠(yuǎn)離我們。河外星系的視向退行速度與距離成正比，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系退行速度越快。據(jù)美國(guó)宇航局公布的最新測(cè)量結(jié)果，星系距離我們每增加326萬光年，退行速度就增加74千米每秒。

上圖為愛德文·哈勃

哈勃的這一發(fā)現(xiàn)使我們認(rèn)識(shí)到宇宙正在膨脹。而且據(jù)此還可以推斷，在很久很久以前，宇宙之間星系之間的距離更近，物質(zhì)密度也更大，那么早期的宇宙可能誕生于一個(gè)原始火球，這為大爆炸理論提供了有力的證據(jù)。

星系之間之所以在相互遠(yuǎn)離，就是因?yàn)橛钪婵臻g在膨脹，而不是由于星系的運(yùn)動(dòng)造成的。我們可以這樣理解宇宙空間的膨脹，相信許多人都吹過氣球吧，當(dāng)氣球膨脹時(shí)，氣球上任意兩個(gè)點(diǎn)之間都在相互遠(yuǎn)離，距離被拉升，而宇宙空間的膨脹就與它類似，因而宇宙并不存在于一個(gè)特殊的膨脹中心。把氣球上的點(diǎn)換成星系，那么就很好理解星系之間為什么會(huì)相互遠(yuǎn)離了，并且距離越遠(yuǎn)的相互遠(yuǎn)離的速度越快。

如上圖所示，宇宙像氣球一樣膨脹。

通過對(duì)遙遠(yuǎn)超新星的觀測(cè)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)宇宙不僅在膨脹，而且目前正在加速膨脹，發(fā)現(xiàn)了該項(xiàng)研究成果的三位天體物理學(xué)家也共同分享了2011年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。究竟是什么原因是宇宙加速膨脹？科學(xué)家們認(rèn)為這與占宇宙總質(zhì)能68%的暗能量有關(guān)。

上圖為宇宙的膨脹歷程

天體距離我們那么遠(yuǎn)，科學(xué)家又是如何知道是空間在膨脹，而非星系在相互遠(yuǎn)離？

哈勃通過星系的光譜發(fā)現(xiàn)河外星系在遠(yuǎn)離我們。哈勃發(fā)現(xiàn)河外星系的光譜線會(huì)向紅端移動(dòng)，距離越遠(yuǎn)的星系紅移量越大，這被稱之為宇宙學(xué)紅移。之所以會(huì)產(chǎn)生紅移，就是因?yàn)榭臻g的膨脹把光波拉長(zhǎng)了。

產(chǎn)生這種紅移現(xiàn)象的原因是空間膨脹而不是星系遠(yuǎn)離造成的。

有三種原因可以產(chǎn)生光譜紅移現(xiàn)象，包括多普勒紅移、宇宙學(xué)紅移和引力紅移。多普勒紅移是由于觀察者和光源的相互遠(yuǎn)離而產(chǎn)生的；宇宙學(xué)紅移是由于空間的膨脹產(chǎn)生的；引力紅移是受引力源作用而產(chǎn)生的，需要黑洞級(jí)別的引力源才能產(chǎn)生明顯的紅移現(xiàn)象。在較近的區(qū)域內(nèi)，由于星系的視運(yùn)動(dòng)較明顯，多普勒紅移與宇宙學(xué)紅移很難區(qū)分開來，只有在相當(dāng)遙遠(yuǎn)的距離（上億光年以上）上才能區(qū)別這兩者所引起的譜線差異。

正是因?yàn)橐陨习l(fā)現(xiàn)，才證明了宇宙空間在膨脹，而不是星系在遠(yuǎn)離。我們并不處于宇宙中心，在任何位置觀測(cè)得出的結(jié)論都是星系之間在相互遠(yuǎn)離，而我們所看到的這種現(xiàn)象正是宇宙空間的膨脹造成的。

為什么星系內(nèi)部察覺不到宇宙膨脹這種現(xiàn)象？

那是因?yàn)樵趲装偃f光年以內(nèi)的小尺度范圍內(nèi)，引力的作用強(qiáng)度遠(yuǎn)大于迫使空間膨脹的力量，只有在大尺度范圍內(nèi)才能看見天體之間在相互遠(yuǎn)離。

正因?yàn)槿绱?，星系?nèi)部才觀察不到宇宙在膨脹，星系也正是在引力的作用下才維持穩(wěn)定的。雖然宇宙在膨脹，但仙女座與銀河系正在引力的作用下相互靠近，據(jù)科學(xué)家預(yù)測(cè)，在30多億年之后，仙女座星系和銀河系將會(huì)發(fā)生碰撞融合，形成一個(gè)更大的星系。

為什么可觀測(cè)宇宙的直徑有930億光年？

最早的光從宇宙誕生之初就開始傳播，光以光速在宇宙中傳播了138億年才到達(dá)了我們的眼中，正是因?yàn)榭臻g的超光速膨脹，才使光僅用一百多億年的時(shí)間就走完了幾百億光年的路程。按照大爆炸理論模型計(jì)算，在電磁波范圍內(nèi)可觀測(cè)宇宙的直徑有922億光年。

根據(jù)大爆炸理論，在宇宙誕生之初的38萬年時(shí)間里，宇宙間還是一片混沌，物質(zhì)的密度很大，光也不能自由的傳播。這意味著這段時(shí)間內(nèi)的情況用光是觀察不了的。即使這么短的時(shí)間，宇宙就已經(jīng)膨脹了8億光年，因?yàn)楫?dāng)時(shí)宇宙正處于暴漲時(shí)期。要想觀察到這段時(shí)間內(nèi)的情況就需要用到引力波。

如圖所示，天體之間的引力作用在空間中激起漣漪，形成引力波，并向遠(yuǎn)方傳去。

那么合計(jì)起來可觀測(cè)宇宙的直徑就是930億光年了。算上不可觀測(cè)的部分，宇宙的實(shí)際大小肯定還要大上很多。

如果未來宇宙繼續(xù)加速膨脹，那么總有一天，星系之間將會(huì)變得非常遙遠(yuǎn)，以至于附近其它星系的光永遠(yuǎn)也不能被我們所觀測(cè)到，宇宙將會(huì)變成一片黑暗和死寂。

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