宇宙並不是恆存的,它有一個開始,根據歐洲空間局的普朗克巡天者衛星的觀測數據計算而出的宇宙年齡為137.85億歲到137.89億歲之間,簡單一點,我們就說宇宙的年齡約為138億歲。
宇宙的年齡雖為138億歲,但是可觀測宇宙的半徑卻達到了465億光年,這就有點問題了。宇宙的年齡與可觀測宇宙範圍之間存在著兩個相互矛盾點:其一,宇宙的年齡既為138億歲,那麼即使宇宙空間以光速膨脹,宇宙的大小也應該僅為半徑138億光年,而現在可觀測宇宙的半徑就達到了465億光年,而不可觀測的部分更是不知道有多大。其二,光以光速運行,光的傳遞是需要時間的,比如太陽光傳遞到地球需要8分鐘,所以我們看到的太陽就是8分鐘以前的太陽,同樣的,138億光年以外的光傳遞到地球需要138億年,所以我們最多只能看到138億光年以外的空間,怎麼可觀測宇宙的半徑卻為465億光年呢?
按照普遍認可的邏輯推理方式,卻可以推導出兩個相互對立的結論,這種情況就被稱之為悖論,然而宇宙年齡與可觀測範圍之間不能夠存在悖論,否則就說明其中必有錯誤,然而無論是宇宙年齡,還是可觀測宇宙範圍都是經過實驗驗證的,既然沒有錯誤,那這所謂的悖論就必然可解。
先來說說宇宙的膨脹速度。任何具有靜止質量的物體都無法達到光速,而沒有靜止質量的物體則只能以光速移動,光速為宇宙間最快的速度,不可超越。然而光速最快原理指的是宇宙系統內部具有信息傳遞的運動速度,而宇宙膨脹是空間本身的膨脹,且無法傳遞信息,所以並不受光速最快的限制。
事實上宇宙膨脹的速度本身也並沒有超越光速,那只是我們的錯覺。
在我們看來,宇宙邊緣遠離我們的速度遠超光速,而這實際上是一種疊加效應。宇宙是均勻膨脹的,也就是說在宇宙中任意兩點都在以相同的速度遠離,比如地球與宇宙邊緣之間的距離為十個點,每兩點相互遠離的速度為0.2倍光速,每兩點相互遠離的速度都沒有超越光速,但地球和宇宙邊緣卻在以2倍光速遠離,這就是疊加效應的結果。
當然了,實際上地球與宇宙邊緣之間的空間是由無數點所構成的,所以即使每兩點間遠離的速度很慢,宇宙邊緣與地球遠離的速度也遠超光速。由於疊加效應,表面上看起來距離地球越遠的空間,膨脹的速度就越快,但實際上宇宙的膨脹是非常均勻的。
宇宙膨脹速度與宇宙年齡之間並不存在著矛盾,那麼宇宙年齡與可觀測距離之間是否存在矛盾呢?我們只有138億年的時間,為什麼卻能夠看到465億光年以外的光呢?
光的傳遞是需要時間的,傳遞的速度就是光速,我們知道太陽光傳到地球需要約8分鐘的時間,所以我們看到的太陽就是8分鐘以前的太陽,但太陽與地球之間的距離是近乎於不變的,這使我們忽略了一個重要的問題,那就是我們所看到的物體的位置。現在我們把太陽換成一顆正在向太陽系外飛馳的彗星,此時這顆彗星與地球的距離也為14960萬千米,所以它的光到達地球也需要8分鐘。也就是說我們此時此刻所看到的彗星實際上就是8分鐘以前的彗星,也就是說8分鐘以前,這顆彗星與地球的距離為14960萬千米,但現在它已經不在這個位置上了。
當我們看到這顆彗星的時候,這顆彗星實際上已經向遠離地球的方向飛行了8分鐘,現在它與地球的距離可能是20000萬千米或者30000萬千米,總之,在我們看到它的時刻,它已經早就不在14960萬千米的位置上了。
我們知道了由於疊加效益,距離地球越遠的天體,它與地球之間相互遠離的速度就越快,所以在138億光年以外的地方,天體與地球遠離的速度已經超越了光速,所以當我們看到一顆距離我們138億光年的恆星時,這顆恆星已經因為空間膨脹的關係,到達了距離我們465億光年的位置,這就是可觀測宇宙半徑的由來。而在可觀測宇宙半徑之外,則是我們永遠無法看到的區域。