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相对论不允许物体的速度超过光速,宇宙膨胀速度为何超过了光速?

2019-08-26 08:42:16

爱因斯坦的相对论不允许物质的运动速度超过光速,或者说不允许能量、信息的传递速度超过光速。而在宇宙中足够远的两个位置可以找到这样两个物体,它们相互远离的速度会超过光速。这和是否违背了爱因斯坦的相对论?不,并没有违背相对论。

相对论不允许物体的速度超过光速,宇宙膨胀速度为何超过了光速?

宇宙诞生于138亿年前的一次大爆炸,目前可观测的宇宙半径大约是465亿光年。有人可能会觉得奇怪了,即使以光速向前运动,乘以运动的时间138亿年,得到的结果是138亿光年。宇宙的半径怎能超过138亿光年?这两个数据是不是至少有一个错了?

需要明确的是,不论是138亿年的宇宙年龄,还是465亿光年的可观测宇宙半径,都是天文学家经过大量天文观测得到的结论,并在科学界得到了广泛的共识。宇宙的可观测半径之所以超过138亿光年,是因为宇宙空间膨胀的原因。试想一下,在一个洞穴口有很多蚂蚁,某一时刻这些蚂蚁以速率v各自向各个方向出发,经过时间t蚂蚁到洞穴的距离就是vt。倘若蚂蚁爬行的同时,地面也跟着膨胀,经过时间t后蚂蚁到洞穴的距离就会超过vt。

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宇宙可观测的半径超过138亿光年就类似于蚂蚁爬行时地面也跟着膨胀,宇宙膨胀是整个空间在膨胀,并非只是所谓的宇宙边界在向外扩张。上世纪初,天文学家哈珀发现银河系以外的星系大多存在着红移现象,这说明这些星系在远离我们而去,并且距离银河系越远的星系红移现象越明显。哈珀的发现是宇宙膨胀的有力证据。目前观测到的哈珀常数为H=67.80±0.77km/s/Mpc,即距离每增加一百万秒差距,退行速度增加67.80千米每秒。这样距离我们足够远的位置,天体离我们远去的速度就会超过光速。

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宇宙膨胀速度超过光速并没有违反相对论,这种膨胀并不能使能量或信息超过光速传递。相对论以及哈珀定律都是研究宇宙所需要的强有力工具。

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