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科学解答：宇宙的直径为何能超过它的年龄？

宇宙的大小

光速是宇宙最重要和基本的特性之一;在很多研究上都必须使用光速，像是测量距离、星际通信，以及各种数学上的计算，而这仅仅是初步的应用而已。

光速在真空中行进的绝对速度为每秒186，282英里(299，792公里)，如果将这个定理打破，那么现代物理学的根基也会跟着崩解，会崩解的原因很多，但是皆可归因于“宇宙中没有任何东西行进速度能高于光速”的基本假设。

你可以想像，当有人认为宇宙的宽度事实上并非原先所想，与宇宙年龄相对应的138亿光年，会有多么另人困惑，按目前的估计，宇宙比设想的138亿光年还要大得多，大到令人吃惊的930亿光年宽，而这只是我们目前能看到的大小，而我们看不到的未来，宇宙仍会继续扩大。

那么，若宇宙只有138亿岁，为何能有930亿年宽，又为什么没有东西能快过光速呢？

何为红位移

在你能理解为何宇宙比宇宙本身的年龄大得多之前，必须要先对光的特性有所理解。

牛顿，无疑曾是世界上最聪明的人之一，他除了“发明”微积分之外，也是首位真正理解光的本质之人，当你真正将光解构后，会发现什么呢？

对初出入门者而言，他的研究发现所谓的黑色其实是完全没有色彩的状态，相反的，像是来自太阳和星星的白色光线，是由所有色彩所集合而成。透过三稜镜来观测白色光线，可以看到白光的所有组成光，因此可以用在测定组成、温度甚至用来判断天体目前演进的阶段。

牛顿的学说在很多方面都彻底颠覆了以前的物理学，并且为像是尼尔斯·波耳、马克斯·普朗克和(想当然尔)爱因斯坦等许多伟大的研究者，奠定了根基。

前面提及这些事情主要是因为，继牛顿之后与其学说研究最为相关的科学家，要属牛顿死后好几百年的克里斯蒂安·都卜勒。

如果你并不熟悉都卜勒，现今听到的都卜勒效应，就是由都卜勒所发现，这个效应解释了为何来自宇宙的光线多位于电磁光谱上的红色端和蓝色端。

远距星系光谱吸收谱线(图文来源：Chano Birkelind， Niels Bohr Institute)

简言之，都卜勒效应说明光波波长会根据观测物体朝我们移动，或是远离我们而偏移。

更详细的解释，若观测物离观测者远去，就会显现红色(较长的波长)，若是朝观测者而来，光波受到压缩，就会呈现蓝色(较短的波长)。

紧随着这个讨论，出现了戏剧性的变化，在观测之后，几乎所有的星系都朝向更长的波长方向移动，这表示这些星系看起来是偏红色(就像他们不停离我们远去)，而且，它们不仅仅是不停离我们远去，我们可以观测到这些红移不住的增加，这表示这些物体正加速远去。

这使我们相信，宇宙并非恒定的，有些人甚至认为宇宙: 仍然不断扩张！

了解宇宙的膨胀

接下来，就是问题所在了。据我们对红移的观测，距离我们三倍远的物体，会以附近星系三倍速率的速度移动，当我们看到外太空越远的地方，星系移动的速率就越快速，距离如此之遥，让物体移动速度快到轻易就超过了光速，然而，如先前所述，光的速度是宇宙速度的最高限制，因此，这怎么可能呢？

首先要注意到，如果我们举目所及有限，那么宇宙实际的范围较我们能够理解的范围广的多。

这种边缘被称为“可观测宇宙”，在可观测宇宙中，有：

-上千万个超星系团

-250亿个星系群

-3，500亿个大星系

-7兆个矮星系

-300亿兆个(3×10²²)星星

如果以上这些全部由137亿光年的时空装载，宇宙好像就有点太拥挤了，然而，关于宇宙最常见的谬误就在于：认为宇宙的大小应该等于它的年龄(以光在一年内能覆盖的面积为计算基础)，这种假设产生的问题要回溯至宇宙大爆炸后的几个短暂瞬间。

是这样的，137.5亿年前，当宇宙突然间“蹦”出，时空本身就以超过光速的速度开始扩张，这个过程，称作膨胀，在了解这个问题上，宇宙空间大范围的同质性，以及在宇宙初出所具备的条件，比宇宙的大小来得重要多了。

自然杂志的膨胀理论

基本上，宇宙从一种致密和炙热的状态，转瞬间，转变为中子和质子粒子满溢的状态，这些粒子最后融合在一起，成为所有物质的来源，在起初的膨胀逐渐平息后，扩张便放缓了，接着，物体被神秘的“暗能量”拉扯分开。

透过目前尚未厘清的某些反应，这个扩张确实以快过光速的速度进行，『但是』，后面不是你想的那样。

我担心，对相对论的基本误解会造成混乱，是这样的，相对论说『物体』无法在时空中以超光速行进，但是，其中并没有说，时空本身不能以超光速行进，因此，总归一句，太空的大小和基础物理并不冲突。

不对，宇宙的大小不等于宇宙的年龄乘上光速。

没错，宇宙正在以超光速的速度膨胀。

但星系本身(或任何其他物体)不违反任何物理定律，因为他们都没有比光速更快，反之，是太空的每一个部分都在拉伸，不单只是宇宙外缘向外退，而是时空本身：每个星系之间、星星间、星球间、你和我之间，都在拉伸中。

在有趣的部分之外，这种扩张对未来的宇宙有负面的影响，假设扩张一直持续(而且未曾减缓)，可见宇宙的地平线将会逐渐缩小，直到物体远至物体间的光无法传递至另一个星系。

因为这个缘故，很多我们现在看到的东西，原本离我们是很近的，都是因为膨胀的关系，这些物体已经被带离我们的视线范围了，有些星系和其他物体都已经红移至消失了(或是红移出我们的视界)，事实上，最远古的星系，在宇宙才几百岁时，就在宇宙最古老的一些物质间形成，而这些星系，多数很可能早已不存在，或是现今已位在宇宙中完全不同的角落了。