宇宙只有138億年歷史，為什么直徑卻長達(dá)930億光年？

現(xiàn)代物理學(xué)和宇宙學(xué)告訴我們，宇宙的年齡是138.2億年，這是大爆炸理論結(jié)合普朗克衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)給出的精確答案，愛因斯坦證明了光速是宇宙的速度上限，沒有任何物質(zhì)或信息的傳播速度能超過每秒30萬公里。

按照最樸素的邏輯，既然宇宙只誕生了138億年，哪怕大爆炸那一刻光就開始向四面八方狂奔，它最多也就跑了138億光年，那么以地球為圓心，宇宙的可觀測半徑應(yīng)該是138億光年，直徑應(yīng)該是 276億光年。

這聽起來無懈可擊對吧？

但教科書上赫然寫著一個令人瞠目結(jié)舌的數(shù)字：可觀測宇宙的直徑約為930億光年，這多出來的600多億光年是從哪冒出來的？難道愛因斯坦錯了？難道光速限制失效了？還是說宇宙在跟我們耍流氓，偷偷修改了地圖數(shù)據(jù)？

今天我們要揭開這個不僅關(guān)乎距離，更關(guān)乎“空間本質(zhì)”的終極謎題，看完這篇文章，你不僅會明白這930億光年是怎么來的，還會徹底顛覆你對“距離”這個詞的理解。

我們之所以會算出“276億光年”這個錯誤答案，是因為我們的大腦被生活經(jīng)驗欺騙了，我們默認(rèn)了一個前提：宇宙是靜態(tài)的，或者說宇宙像是一個固定的舞臺，星系像是在舞臺上奔跑的演員，如果你把大爆炸想象成一顆手雷在空地上爆炸，星系向四周飛散，那你的邏輯是沒問題的，彈片飛得再快也不能超過光速，所以在138億年里，它們確實飛不出多遠(yuǎn)。

但殘酷的真相是：大爆炸不是一場爆炸。

這是一個很難糾正的觀念，大爆炸并不是物質(zhì)在空間中的爆炸，而是空間本身的急劇膨脹，想象你在一個沒吹氣的氣球表面畫了兩只螞蟻，一只代表地球，一只代表遙遠(yuǎn)的星系，現(xiàn)在你開始吹氣球，這兩只螞蟻并沒有在氣球表面爬行，但它們之間的距離卻在飛速拉大。

是因為它們跑得快嗎？

這是因為承載它們的橡膠皮在延展，這就是愛因斯坦廣義相對論的核心推論：空間不是死寂的空無，而是一種可以彎曲、拉伸、膨脹的實體，理解了“空間膨脹”，我們就可以破解這930億光年的來歷了，這其實是一場發(fā)生在光與空間之間的、極不公平的賽跑。

讓我們把時鐘撥回到130多億年前。

假設(shè)在那個極早期的宇宙中，有一個年輕的星系，它發(fā)出了一束光，目標(biāo)是未來的地球，在它發(fā)出光的那一刻宇宙還很小，實際上它離我們當(dāng)時的位置可能只有 4200萬光年。

問題出在膨脹上，這束光剛跑了一年，也就是跑了1光年的距離，按理說它離我們近了1光年，但是在這一年里，地球和它之間的空間伸長了，這就像光在跑步機(jī)上跑步，雖然它拼命向前沖，但腳下的跑帶卻在向后退。

在宇宙早期，膨脹的速度極其恐怖，甚至超過了光速，所以這束光在最初的幾十億年里，處境非常悲慘：它明明在向地球飛，但離地球卻越來越遠(yuǎn)，因為它前方需要穿越的空間，生長出來的速度比它奔跑的速度還要快。

好在隨著時間推移，宇宙膨脹的速度稍微慢了下來，這束頑強(qiáng)的光終于開始縮短與地球的距離，經(jīng)過了整整138億年的長途跋涉，這束光終于在這個瞬間撞上了你的視網(wǎng)膜，或者落入了韋伯望遠(yuǎn)鏡的鏡片里。

現(xiàn)在重點(diǎn)來了：這束光確實在路上跑了138億年，這一點(diǎn)沒錯，但是當(dāng)我們收到這束光時，那個發(fā)射它的星系去哪了？

在這138億年里，光在跑，那個星系也沒閑著，它隨著空間的膨脹，一直在向反方向“后退”，而且因為它距離我們越遠(yuǎn)，中間隔著的膨脹空間就越多，它的退行速度就越快，當(dāng)我們今天終于看到它130多億年前發(fā)出的“嬰兒照”時，它現(xiàn)在的真身，早已被宇宙的膨脹流裹挾到了距離我們 465億光年之外的地方。

這465億光年，就是所謂的“共動距離”，以地球為球心往任何方向看，最遠(yuǎn)能看到的光源，現(xiàn)在都已經(jīng)退到了465億光年之外，半徑是465億，直徑就是930億。

所以這930億光年不是光跑過的距離，而是那個發(fā)光的物體現(xiàn)在實際所在的位置，我們是在看它的“過去”，而它“現(xiàn)在”早已遠(yuǎn)在天邊。

現(xiàn)在你可能會敏銳地發(fā)現(xiàn)一個漏洞：宇宙膨脹的速度超光速了，愛因斯坦錯了？

這是一個極其常見的誤解，愛因斯坦的狹義相對論說“光速是不可超越的極限”，這句話有一個嚴(yán)格的前提：在同一參考系下的物質(zhì)運(yùn)動，或者信息傳遞，簡單說你不能在空間里開飛船超過光速，你也不能把子彈加速到光速。

但是空間本身的膨脹不在此列，空間不是物質(zhì)，也不攜帶信息，空間的膨脹，是坐標(biāo)系的改變，而不是物質(zhì)在坐標(biāo)系里的運(yùn)動，在宇宙學(xué)中，哈勃定律告訴我們：距離越遠(yuǎn)，退行速度越快，一旦距離超過某個臨界點(diǎn)，星系遠(yuǎn)離我們的速度就會超過光速。

事實上我們觀測到的那些最古老的星系，目前都在以超光速遠(yuǎn)離我們，但這不違反物理定律，因為那是空間的把戲，并且可觀測宇宙只是我們能看到的極限，是我們這個“宇宙泡泡”的邊界。

在這個邊界之外呢？

肯定還有東西，還有無數(shù)的星系，無數(shù)的恒星，但它們發(fā)出的光，因為距離太遠(yuǎn)，且中間的空間膨脹速度太快，導(dǎo)致這些光永遠(yuǎn)無法追上地球，這就像一個人在傳輸帶上奔跑，傳輸帶向后退的速度是10米/秒，而他只能跑5米/秒，他永遠(yuǎn)也跑不到終點(diǎn)。

這就引出了一個令人細(xì)思極恐的結(jié)論：宇宙的大小很可能是無限的，即便不是無限，也一定遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于930億光年，根據(jù)牛津大學(xué)的一項研究推測，整個宇宙的實際大小，至少是可觀測宇宙的250倍以上。

我們就像是被困在茫茫大海中一艘小船上的觀察者，我們的望遠(yuǎn)鏡只能看到地平線，我們以為那就是世界的盡頭，但實際上，地平線之外還有廣闊得無法想象的海洋。

理解了這一切，你會發(fā)現(xiàn)一個讓人悲傷的事實，宇宙不僅在膨脹，而且在加速膨脹，這意味著，那些目前在930億光年邊緣的星系，正在加速離我們而去，它們發(fā)出的光，將越來越紅移，越來越微弱，直到最終徹底消失在我們的探測能力之外。

如果我們能活到幾千億年后，那時的天文學(xué)家將面臨一個極其無聊的宇宙，除了銀河系所在的本星系群之外，所有其他的河外星系，都將飛出我們的“視界”。

那時的夜空將變得空蕩蕩的，未來的文明可能會以為，整個宇宙只有銀河系這一個島嶼，周圍是一片死寂的黑暗，他們將永遠(yuǎn)無法知道，曾經(jīng)有一個叫做“大爆炸”的時刻，曾經(jīng)有930億光年那么壯麗的繁華。