「宇宙比光速更快」是真的吗？温柔解读相对论不崩溃的理由

“比光速更快的宇宙膨胀”为什么不背叛爱因斯坦

“宇宙正在以比光速更快的速度膨胀”

看到这样的句子出现在时间线上，很多人可能会这样想。

“咦，相对论完蛋了？”

但从结论上来说，爱因斯坦并没有被背叛。
在最新的宇宙学中，“整个宇宙的膨胀速度”超过光速反而被理解为理所当然。Phys.org

那么这到底是怎么回事呢？我们将整理这篇基于 Phys.org 上的解说文章“是的，宇宙可以比光速更快地膨胀”，同时也拾取社交媒体上的惊讶和误解。Phys.org

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光速的速度限制是“局部规则”

相对论禁止的是，“在同一地点观测时，物体以比光更快的速度移动”。
无论是火箭还是宇宙飞船，当它们从旁边飞驰而过时，速度必须低于光速。

这里重要的是，

• “物体在空间中移动”的速度（局部）

• “空间本身的伸缩”速度（全球）

是不同的。

在广义相对论中，空间本身无论多快膨胀都无所谓。
被抓超速的是火箭，而“道路本身”随意延伸则不会受到惩罚……这是一个形象的比喻。

宇宙的膨胀正是这种“道路（空间）延伸”现象。
银河系基本上只是“乘坐”在其上，随着宇宙空间的扩展，结果就是它们逐渐远离。

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宇宙年龄为137.7亿年，但可观测宇宙的“半径为450亿光年”

让我们通过数字来进一步混淆。

• 宇宙的年龄：约 137.7亿年

• 我们目前“能看到”的最远距离：约 450亿光年Phys.org

“咦，才过了138亿年，怎么能看到450亿光年之外？”
这个差距正是“宇宙膨胀超过光速”的证据。

关键在于，光在旅行的同时宇宙也在持续膨胀。

1. 大爆炸后不久诞生的星系发出光

2. 这些光经过数十亿年向地球传播

3. 期间空间不断扩展

4. 当光终于在“现在”到达我们时，那些星系已经比当时远得多

结果是，“现在看到的最远星系的‘当前位置’”比光飞来的距离要远得多。
在宇宙学中，这个距离被称为“粒子地平线”，目前的值大约是450亿光年。Phys.org

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超过Hubble距离后“表面上”以光速更快的速度远离

宇宙的膨胀速度与距离成正比增加。

这被称为哈勃定律，

距离越远的星系，后退速度（远离我们的速度）越大

可以用简单的关系式表示。

将这个公式延伸下去，会出现一个距离界限，在此点“后退速度 = 光速”。
这就是所谓的 哈勃距离，在现代宇宙学的标准模型 ΛCDM 中，大约为 137.7亿光年 左右。Phys.org

• 比哈勃距离更近的星系
  → 后退速度低于光速

• 比哈勃距离更远的星系
  → 后退速度超过光速（表面上）

“咦，那不是比光速更快吗！”你可能会这样想，但需要注意的是

移动的不是星系本身，而是“我们与星系之间的空间”

这一点。

因此，这与施加局部速度限制的相对论并不矛盾。

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“现在发出的光”再也无法到达的边界，宇宙的事件视界

更复杂的是“宇宙的事件视界”这一概念。Phys.org

• 粒子地平线……“迄今为止到达的光”的最远距离（约450亿光年）

• 事件视界……“此刻发出的光将来永远无法到达”的边界

根据 Phys.org 的文章，事件视界目前大约位于 170亿光年 的位置。Phys.org

在这个距离之外的星系“现在”发出的光，无论等多久都无法到达我们。这是因为宇宙正在加速膨胀，光速更快的远离区域不断增加。

虽然名字与黑洞的视界相似，但这里所指的是“整个宇宙的视界”。

这是由于宇宙的膨胀，信息永远无法到达的边界线。

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1000亿年后，宇宙将只剩下“本地星系群”可见

根据 ΛCDM 模型，宇宙将继续被暗能量支配，并继续加速膨胀。

Phys.org

这个未来的图景是相当寂寞的。

• 事件视界将在未来约600亿光年处达到极限

• 在此期间，从远处星系到来的光将不断红移，波长延长，最终变得无法观测Phys.org

根据 Phys.org 的解说，大约1000亿年后，除了本地星系群（包括银河系和仙女座星系等的小团体）之外，宇宙的其他部分将全部从视野中消失。Phys.org

即使那时宇宙中仍有文明存在，他们可能会误以为

“从来只有这个星系群存在的宁静宇宙”

。
要达到大爆炸宇宙论，可能比现在要困难得多。

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社交媒体上对“光速超越宇宙”的反应

由于此次文章标题“是的，宇宙可以比光速更快地膨胀”颇具刺激性，在社交媒体上引起了广泛的反响（这里重构了典型的反应）。

1. “相对论完了”类型的困惑

“宇宙比光速快，爱因斯坦输了？”
“物理学又改规则了吗……”

这样的评论首先出现在X（前Twitter）和Threads上。
实际上，如前所述，相对论与宇宙膨胀的“光速超越”是完全一致的。
实际上，正是广义相对论使这种奇异现象成为可能。

2. “那么曲速飞行可以实现吗？”的梦想与现实

“如果空间本身可以移动，科幻小说中的曲速航行是否可以实现？”
“如果我们能在局部重现宇宙整体在做的事情……”

如果宇宙可以使空间本身膨胀，“人类是否可以在小规模上做到同样的事情”这一想法是自然的。
实际上，理论物理学中有研究如阿尔库比耶雷驱动的“曲速泡泡”，并有论文指出“原则上与相对论不矛盾”。

然而，现有模型中需要巨大的负能量等，技术和理论上的障碍仍然非常高。
在社交媒体上也有

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