科普知識：為什麼宇宙可以「超光速膨脹」？

大爆炸/宇宙膨脹/超光速，這三個標籤永遠是宇宙話題關注的焦點，但有些反大爆炸理論的網友的邏輯是這樣的：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，事實上宇宙膨脹是可以超光速的……

那麼宇宙確實超光速膨脹嗎？答案是肯定的。我們來做個簡單的計算，哈勃常數的值在70公里每秒每百萬秒差距左右，那麼先撇開相對論的因素不談，42億秒差距（138億光年）外的星系就相對於我們以超光速遠離了！

這個速度還不算什麼，要知道在大爆炸之後的10^-35到10^-33秒之間的一瞬經歷了所謂的大暴漲，宇宙從一個原子核大小膨脹到了太陽系大小。要知道即使是光，在這麼短的時間內能走的距離還不到原子核直徑的百億分之一，當然接下來膨脹速率就放緩很多了……（圖中縱向是空間跨度）

那麼我們遇到了第一個問題：如果一個星系向我們遠離的速度大於光速，它的光怎麼能傳播到我們這裡呢？我不提什麼光速不變，鐘慢尺縮，我就舉一個簡單而形象的例子：

我們假設有一根牛B的橡皮筋，長1000米；有一隻蝸牛，在橡皮筋的一段向另一端以每小時1米的速度爬。當它開始爬的時候，橡皮筋開始以每小時100米的速度無限拉長，問蝸牛是否能在有限長的時間裡爬到另一端？

直覺告訴我們，這特么爬個P啊？橡皮筋拉長速度都是蝸牛速度一百倍了……然而事實恰恰相反，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，這個比例最後會達到1。當然了，並不是所有比例增加的數列都會在有限長的長度內總和達到1（比如0.5+0.25+0.125+……），但是這個蝸牛的例子里比例確實最後會等於1

假設蝸牛爬過的橡皮筋的比例隨時間t的函數是f（x)，那麼一個簡單的一次微積方程就可以解決：

唉，雖然海枯石爛，兩萬多億億億億億小時後蝸牛才爬到了另一端，但也是爬到了。現在，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離我們的星系傳播到我們這裡了。當然，當前宇宙膨脹速度並沒有光速的一百倍之多，所以時間跨度也沒那麼誇張。

那麼接下來遇到的一個問題是，宇宙膨脹超光速是否違背相對論？答案是否定的。我們熟知的具有靜質量的物體不能達到光速是狹義相對論提到的，在廣義相對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，宇宙在大尺度上並不是一個閔氏時空（雖然局部上來看，空間像是靜態平直的）。當前，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「超光速遠離」你的星系相對於你在超光速運動，因為它不在你的鄰域，不屬於同一個參考系內。

同時，對於觀測者而言，在局部的慣性系中，經過其領域的有質量粒子無法達到光速。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。

最後說些題外話，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，你拿個什麼「宇宙無法加速膨脹」來妄言大爆炸理論絕對是錯的，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，難道前沿的科學工作者會想不到？

我們只能感嘆一聲物理學的廣博和宏大。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，沒有任何觀測證據和嚴謹的科學邏輯，就在無比膨脹地宣稱某某理論是錯的，宇宙真理是怎樣怎樣的，就感覺真的很……

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