在昨天的《福布斯》（Forbes）網站上發表有一篇理論天體物理學家、科技作家、伊森·西格爾（Ethan Siegel）題為：「時空結構的擴展如何比光速還要快？」的長篇科技文章，具有參考意義，擇要介紹如下（有點長，耐心看）。
文章指出，空間結構的擴大意味著星系越遠，它似乎離開我們越快。但是，這並不意味著星系實際上以比光還快的速度穿過宇宙，空間的結構本身在不斷變化。
在物理學中學到的基本規則之一，也是愛因斯坦在100多年前所提出的，宇宙中的一切都必須遵守一個終極速度極限：光速。如果有質量，則只能接近（但永遠無法達到）該速度。如果通過的是介質不是真空，則只能慢於這個極限速度。如果這是真的，那麼我們怎麼能看到起源於大約138億年前的一次大爆炸的宇宙中的物體呢？怎麼能看到至今甚至460億光年遠的宇宙呢？這反映的是物理學中的一個基本問題：為什麼時空結構的擴展速度快於光速？
如下圖所示愛因斯坦所提出的相對論運動，快速移動的物體似乎在空間中長度收縮並隨時間膨脹。對於相對於靜止的觀察者來講，物體移動得越快，長度就會越收縮，而膨脹時間就會越長。
如果您在火車上以每小時100公裡的速度前進，並且以每小時100公裡的速度向前投擲棒球，那麼，從固定地面上有人的角度來看，該球將以200公裡的速度運行。但是光不是那樣，從可以想像到的每個角度來看，它在真空中始終以相同的速度運行。
1880年代，科學家阿爾伯特·米歇爾森（Albert Michelson）及其助手愛德華·莫利（Edward Morley）對此進行了極為精確的證明。在他們的實驗中，他們獲取了一束相干光（具有相同的波長），並將其通過分束器：將光束分成兩個垂直分量的設備。然後，光線沿著相同長度的兩條路徑向下傳播，直到射到鏡面，向後反射並重新組合以產生幹涉圖案。
現在，這是關鍵點：如果一個路徑比另一個路徑短，或者如果光在一個方向上的移動速度比另一個方向快（或慢），則幹涉圖案將發生偏移。在LIGO和處女座引力波探測器中，這種情況發生的精度很高，在這些探測器中，通過的引力波會改變兩個不同方向的路徑長度。但是，即使地球相對於太陽以約每秒30公裡的速度運動，在莫雷實驗中看到的幹涉圖也從未改變。
如圖所示麥可遜幹涉儀（上圖）顯示出的光模式（下圖，實線）的變化可忽略不計與伽利略相對論為真時的預期（下圖，虛線）相比。無論幹涉儀朝向哪個方向（包括與地球在空間中的運動垂直，垂直或相對），光速都是相同的。
這給了我們非常重要的一個認知：光速與空間中的任何相對運動無關。無論身在何處、以多快的速度或以哪個方向行進宇宙，都將始終觀察到所有光波以相同的通用速度在太空中傳播。如果和光源彼此遠離，則光源的波長會發生紅移；如果彼此靠近，則波長會藍移。但是光速本身永遠不會隨著空間的真空而改變。
當愛因斯坦提出這個想法時，是具有革命性的。對愛因斯坦的廣義相對論進行了無數次科學測試表明，物質和能量在空間中的存在告訴時空如何彎曲，而彎曲的時空告訴物質和能量如何移動。
在愛因斯坦之前，萬有引力是牛頓現象。牛頓認為，空間和時間是絕對的，而不是相對的實體。任何兩個質量之間的引力必須無限快地傳播，而不受光速的限制。
愛因斯坦帶給物理學的革命是推翻了這張引力圖。當然，對於幾乎所有條件，都可以使用牛頓引力作為非常好的近似值，但是在物質或能量通過接近大質量的情況下，牛頓不會給出正確的答案。
水星的進動超出了牛頓的預料。在日食期間，接近太陽的光線以比牛頓所能解釋的更大的角度彎曲。
如圖所示1919年愛丁頓（Eddington）探險的結果最終表明，廣義相對論描述了星光在大物體周圍的彎曲，從而推翻了牛頓的圖畫。這是愛因斯坦廣義相對論的第一個觀測證實，並且似乎與「空間彎曲結構」的可視化保持一致。
證據清楚地表明，愛因斯坦的廣義相對論取代了牛頓重力，在廣義相對論中，質量和能量彎曲了空間，而彎曲的空間決定了質量和能量的運動。引力和時空結構本身的這種新概念本身也帶來了另一個啟示：宇宙的結構，如果到處都充滿了幾乎相等的物質和能量，那麼它就不可能是靜態地保持不變。
取而代之的是，早在1920年代的觀測就開始明確顯示，物體與我們的距離與觀察到的光發生紅移的數量之間存在系統的關係。星系相對於彼此在空間中移動，速度只有每秒幾千公裡。但是，當我們查看遙遠星系的實際紅移時，它們對應的衰退速度要遠遠大於這些數值。
如圖所示距離/紅移關係，包括所有最遙遠的物體，從它們的超新星類型看，數據強烈支持加速的宇宙。注意y軸如何包含超過光速的速度，但這並不能說明擴展的宇宙實際發生的全部情況。
科學家很快意識到，我們看到這些宇宙紅移隨距離而縮放的原因是，宇宙本身的結構正在擴展。就像葡萄乾麵包團中的葡萄乾一樣，宇宙中的每個星系都看到其他星系移離它們，而更遠的葡萄乾（星系）似乎以更快的速度移開。
這不是因為葡萄乾（星系）相對於它們所嵌入的麵團而運動，也不是因為各個星系都在空間結構中運動。由於麵團本身（就像空間本身的結構一樣）正在膨脹，而葡萄乾（星系）也正好順其自然。
如圖所示擴展的宇宙的「葡萄乾麵包」模型，其中相對距離隨著空間的增加而增加擴展。任何兩個葡萄乾（星系）彼此之間的距離越遠，接收到的光所觀察到的紅移就越大。觀測到的事實證明了正在擴展的宇宙所預測的紅移距離關係，並且與自1920年代以來一直以來所知道的一致。
同時，由於這些物體是星系，它們充滿了發光的恆星。它們從第一次打開時就連續發光，但是我們只有從穿過宇宙後第一次進入我們的眼睛的那一刻起，才能觀察到它們。值得注意的是，這不是牛頓宇宙，而是一個不斷擴大的愛因斯坦宇宙。
這意味著，在穿越宇宙超過130億年之後，那裡的星系才剛剛第一次到達地球。最初的恆星和星系是在大爆炸之後幾億年形成的。由於宇宙的不斷膨脹，光已嚴重地紅移，以至於當它發出時是紫外光，但到我們可以觀察到的時候，它已經很遠了。
如動畫所示在不斷擴展的宇宙中，光如何紅移以及未綁定對象之間的距離如何隨時間變化。值得注意的是，這些物體的起始距離比光在它們之間傳播所花費的時間更近，由於空間的擴大，光會發生紅移，並且兩個星系的距離比交換的光子所走的光移動路徑遠得多。
如果從我們的角度來看，這對我們現在才觀測到的這個遙遠星系的速度意味著什麼？我們可以得出結論，這個星系正在以遠超過光速的速度離開。但是實際上，不僅星系沒有以相對論不可能的速度在宇宙中移動，而且幾乎沒有移動！這些星系並沒有超過光速，而是僅以光速的2％或更低的速度在太空中移動。
但是空間本身正在擴大，這是我們所看到的絕大多數紅移的原因。而且空間並不能快速擴展；它以每單位距離的速度，即以一種非常不同的速率擴展。當您看到67 公裡/秒/Mpc或73 公裡/秒/Mpc（宇宙學家測量的兩個最常見的值）之類的數字時，它們就是單位距離的速度（公裡/秒）（Mpc，約330萬光年）。
「沒有什麼比光移動得快」的限制僅適用於物體在空間中的運動。空間本身的擴展速度，這種單位距離的速度，上限沒有物理限制。
如上圖所示我們可見的宇宙的大小（黃色），以及我們可以達到的量（紫紅色）。可見宇宙的極限為461億光年，因為那是一個物體發出的光的極限。
考慮所有這些似乎很奇怪。因為我們有暗能量，所以膨脹率永遠不會降為零；它將保持為正的有限值。這意味著，即使自大爆炸以來僅過去了138億年，我們仍可以觀察到距離甚至有461億光年遠的物體的光。
實際上沒有物體以比光速更快的速度穿過宇宙。宇宙在擴張，但是擴張沒有速度，而是具有單位距離的速度，等於膨脹率，或時間的倒數。關於宇宙的最令人驚訝的事實之一是，如果採用膨脹率的倒數進行轉換，就可以計算得出「時間」。
這個「時間」是多少？答案是：約138億年，即宇宙的年齡。這個事實沒有什麼根本原因，這只是一個迷人的宇宙巧合。
參考："Ask Ethan: How Does The Fabric Of Spacetime Expand Faster Than The Speed Of Light?" Forbes. Jun 12, 2020