光速不是最快的吗?为什么星系以超过光速远离我们?

“光速是最快的速度”这句话是很多人经常说的,但这句话本身就有问题的。为什么这么呢?

我们初中学数学都有几何题,三角形内角和是180度对很多人来说都是真理。但实际上,这里是有个前提的,那就是在平面内的三角形的内角和是180度,如果不是在平面内,这个角度就不是180度。球面上的三角形内角和就要大于180度;而马鞍形面上的三角形内角和就要小于180度。

所以,限定条件本身很重要。对于光速来说也是如此,光速的限定是对物质、信息、能量的传递,这是通过相对论的基础假设光速不变原理推导出来的。实际上,在宇宙中,存在着大量超光速情况,只是这些情况,没有传递信息,更不是物质和能量的传递。

星系退行

那星系退行是咋回事呢?

这要从哈勃说起,是他最早发现的星系退行的现象,应该叫做红移现象。这是因为我们观测天体利用的是电磁波。

它们发出的电磁波到达地球,然后被我们观测到。如果哈勃对一些天体持续观测,就会发现他接收到的电磁波正在像红段移动,也就是说电磁波被拉长了。

实际上,我们现在对于红移这种现象已经习以为常,因为有很多因素都会引起红移的现象。比如说,强大的引力场就会导致红移。

那星系的红移是什么引起的呢?当时,哈勃是比较中立的态度,他并没有指向任何理论。不过,红移很明显地说明了一点,那就是天体朝着远离地球的方向移动,也被我们称为退行。所以,红移是退行引起的。

但是星系退行真的就是星系在动么?其实星系退行有两种可能,一种是星系在动,一种是宇宙空间在动。我们不能一上来就判断是星系在动。这就好比,如果你在一个机场的直梯上面,你是一个天体,电梯可以看成是宇宙的空间,如果电梯动起来,对于地面参考者来说,就好像你在动一样。当然,也可以是电梯不动,真的是你在动。

星系退行的本质是空间的膨胀

那具体是哪一种呢?我们可以来思考一下,物质之间存在着引力,而且引力场没有范围,也就是说,按照引力理论,宇宙中的物质应该是相互吸引的,而不是相互远离,但在实际的观测中,科学家发现,这个星系退行有个特点,那就是在大尺度上,各个方向同时的退行,我们可以往极限去思考,就是星系退行的趋势是所有的星系都在远离你。这就好比,一个气球上点满小点,每个点都代表一个星系,宇宙的膨胀就是把气球吹大,所以每个星系都在远离你。

所以,这是不符合引力理论的预言,一定存在一个东西迫使星系彼此远离,首先可以肯定不可能是星系之间存在斥力,星系自己跑了,只能是宇宙空间的膨胀效应,也就是说,刚才那个气球的例子,实际上气球表面就是宇宙空间,气球的表面在膨胀,看起来就好像是星系在退行。如果是这样的,也就能解释观测到的星系发出的电磁波为什么会往红段移动了。

所以,星系退行的本质是宇宙空间的膨胀效应,那星系超光速退行其实就可以转换成宇宙空间膨胀能不能超光速?

还记得上文提到的前提条件么?光速是极限速度是对于物质、信息、能量来说的,空间其实是不会受到光速的限制的,也就是说,空间的膨胀是可以超光速的。

那你可能要问了,那距离我们多远的星系会以超光速退行呢?

这里就要用到哈勃常数,最新的测定值是67.15,这个意思是每增加100万秒差距,膨胀速度就会增加67.15公里/秒,(多说一句,一百万秒差距是326万光年),然后我们通过计算就可以知道,距离我们145.6亿光年开外的星系正在超光速退行。

最后,我们来总结一下,光速是极限速度是对信息、物质、能量而言的,而星系退行的本质是宇宙空间的膨胀,空间是不受到光速限制的,因为它并不能传递信息,也不是物质和能量。因此,宇宙膨胀其实是可以超光速的。