科學如此美妙，我想讓你知道。歡迎點進老胡說科學，本篇文章和大家探討一下光速理論。
當你想到宇宙從何而來，你可能會想到熱的大爆炸是我們的起源。根據大爆炸理論，我們從一個早期的、密集的、均勻的高能量物質和輻射狀態開始，然後膨脹、冷卻、聚集成今天我們居住的宇宙。但在大爆炸之前，宇宙經歷了一段宇宙膨脹時期，這為我們今天觀察到的宇宙的誕生創造了初始條件。在膨脹期間，宇宙以指數形式膨脹，短短一秒內將一個極小的空間區域的結構拉伸得非常遠，遠遠大於今天可見的宇宙。任何兩個粒子看到對方後退的速度都會比光速快得多，這就形成了一個悖論:如果沒有什麼東西比光速還快，那麼宇宙膨脹是如何發生的呢?答案將會改變你對宇宙的看法。
愛因斯坦的狹義相對論是20世紀最重要的進步之一。它指出宇宙有一個速度極限:光速，沒有任何兩個粒子的運動速度能超過它們之間的速度，即使它們沒有質量。但大多數人都不明白最後一部分，「相對而言」到底是什麼意思。愛因斯坦的理論實際上是說，在時空中，任何兩個觀測者在同一事件上的相對運動速度都不能超過光速，即真空中的光速。但什麼是事件呢?它在空間和時間上都是同步的。換句話說，光速的極限只適用於同一時間同一點的兩個物體。
這並不意味著物體可以突破宇宙速度限制!但這確實意味著，除非你在同一時刻處於同一地點，不同的觀察者對於物體移動的速度會有不同的看法。如果兩艘火箭船以60%的光速遠離你，一艘向左，一艘向右，你會看到它們以120%的光速遠離對方。他們會看到你們以60%的光速遠離自己，但他們只會看到另一艘船以88%的光速遠離。如果他們生活在一個不斷膨脹的宇宙中，事情就會變得更加不可思議。
由於速度限制只適用於同一時空事件中的兩個物體，因此，由於空間結構本身的變化，比如說相互分離的物體會受到任何額外運動的影響。如果你和你所觀察到的物體之間的空間在膨脹(或收縮)，它看起來會更快地遠離你或走向你。無論空間以何種速率擴張(或收縮)，都會導致來自它的光紅移或藍移，導致那個物體看起來遠離你，即使它的相對論運動是零。
在我們今天的宇宙中，由於宇宙在膨脹，來自遙遠星系的光出現紅移。因此，離我們更遠的物體後退的速度似乎比單純的膨脹率外推會更快，這是因為我們的宇宙不僅包含物質和輻射，還包含暗能量。膨脹率隨時間變化的方式取決於宇宙是由什麼組成的。在大爆炸後的頭幾千年裡，輻射佔主導地位。在那之後的數十億年裡，物質主宰一切。而今天，是暗能量。但是在大爆炸之前，宇宙以指數級的速度膨脹，這使得宇宙變平，並在任何地方賦予它均勻的性質。這是在宇宙膨脹時期。
指數膨脹意味著膨脹率不會隨著時間的推移而變慢，當遠處的點以越來越慢的速度相互遠離時，膨脹率不會下降。因此，隨著時間的推移，遠處的距離會增加一倍，然後是四倍，八倍，十六倍，三十二倍等等。
因為擴張不僅是指數級的，而且速度快得令人難以置信，「倍增」的時間間隔大約是10的負35次方秒。也就是說，經過10的負34次方秒的時間，宇宙大約是它最初大小的1000倍;經過10的負33次方秒，宇宙大約是它最初大小的10的30次方倍;經過過去了10的負32次方秒，宇宙大約是最初大小的10的300次方倍，以此類推。指數函數並不因為它快而強大，;它如此強大，是因為它是不間斷的。
如果兩個粒子在這種膨脹狀態下彼此非常接近，它們仍然必須遵守狹義相對論的定律:它們只能以低於光速的速度相對於另一個粒子運動。但它們之間的空間可以自由地以宇宙規定的任何速度膨脹。如果這意味著你可以通過結合相對運動(狹義相對論)和擴展空間(廣義相對論)的效應來推斷出它們的相對速度大於光速，那就沒有什麼可怕的了。
如果你看看今天我們宇宙中的星系，那些超過150億光年的星系離我們的距離似乎比光速還快。如果你今天坐上一艘宇宙飛船，以光速向他們飛去，你永遠也達不到他們。宇宙的膨脹告訴我們，空間結構的拉伸速度比我們在光速下所能覆蓋的距離還要大;隨著時間的流逝，我們和他們之間的距離增加了超過1光年。在宇宙的臨界距離之外，所有的星系都永遠無法到達。膨脹率沒有理論界限，因為膨脹率本身不是速度，而是宇宙的性質，它是由宇宙中的能量決定的。如今，這一速度約為70公裡/秒，但在宇宙膨脹期間，可能高出10的50次方倍。
在一個膨脹的宇宙中，任何兩個粒子，只要超過極小的幾分之一秒，就會看到另一個粒子以比光速還快的速度遠離它們。但這並不是因為粒子本身在運動，而是因為它們之間的空間在膨脹。
一旦粒子不再在空間和時間上處於同一位置，它們就可以開始體驗到宇宙膨脹時的廣義相對論效應，在膨脹期間，這種廣義相對論效應很快就支配了它們各自運動的特殊相對論效應。只有當我們忘記廣義相對論和空間的膨脹，而將遙遠粒子運動的全部歸結為狹義相對論時，我們才會欺騙自己相信它比光速還快。然而，宇宙本身並不是靜止的。意識到這很容易。理解它是如何工作的是最困難的部分。
小夥伴們，你們理解宇宙膨脹速率可以比光速大了嗎？歡迎留言討論！