按照常规的模型来考虑,宇宙从一个奇点开始膨胀,到今天为止一共过去了138亿年,那么宇宙半径最大就应该为138亿光年,这就简化为从A点到B点速度为光速、时间为138亿年,最后求AB之间距离的问题。如果再考虑相对论的问题,有静止质量的物体达不到光速,因此最后宇宙半径达不到138亿光年。
但实际上可观测宇宙直径是930亿光年,这样看来宇宙膨胀就超光速了,和相对论要求的不可超光速就成了悖论了。
目前宇宙诞生于138.2亿年前的奇点,经过如此长时间的加速膨胀最后加速膨胀,变成今天我们所看到的这个宇宙,可观测直径930亿光年。目前来看这些观点都是被主流科学观测计算出,并且是被认可的。同时相对论也是经过很多认证的,预言的引力波都被发现了,黑洞也拍摄出来了。那么到底是哪里出问题了哪?
这个时候我们要好好描述一下相对论要求不可超光速的问题,这个不可超光速的准确定义有以下两方面:
有静止质量的物体不可达到光速,理论上只可以无限接近于光速,例如光子静止质量为零,速度就为光速;
信息的传递速度不可以超光速,这一点好理解,现代的信息交流大多数都是电磁波,光速传递,因为地球“太小”了,光速一秒钟能绕地球七圈多,因此感觉不出来延迟性。
根据上边两条准确的描述,我们知道了有静止质量的才不能为光速,信息传递不能超光速。而在现实生活中目前就有两个超光速的案例,第一个就是接下来要讲的宇宙膨胀超光速,第二个就是量子纠缠超光速。首先宇宙膨胀的是空间并不是物质,量子纠缠并不能传递信息,因此说这两个超光速不违背相对论。
目前的可观测宇宙直径是930亿光年,而科学家预估不可观测的宇宙直径至少在23万亿光年,说到这里你可能就更不理解了。说到宇宙膨胀大家最常用气球来举例,今天不用气球来说了,换一个面包。面包在烤熟的过程中都是从小变大的,首先假设生面团上两颗葡萄干近距离是5cm,远距离是10cm,整个面包长度20cm。
但是当面包在烤熟的过程中,不断的发生膨胀,表层的葡萄干开始相互远离,这个时候挑选一颗葡萄干为中心位置,那么就可以看出来距离这个中心较近的葡萄干远离速度同时间内5cm,而距离较远的那颗同时间内10cm。实际上无论以哪颗葡萄干为中心都是如此,放在宇宙中这就是哈勃定律。
因此说宇宙膨胀是超光速的,但并非指的是天体星系超光速,而是整体空间膨胀超光速。以我们目前所在的位置为中心可以观测到半径为465亿光年的宇宙,如果换个位置,这个可观测宇宙的范围就是变化的。因此说930亿光年直径并非是宇宙的真实大小,而是可观测到的大小,在这个范围之外光线还无没有到达地球之上。
文/杜若,图片来源网络侵删。
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