眾所周知，宇宙的年齡是138億年，按照大爆炸宇宙理論，宇宙中最早的光誕生於138億年前，宇宙膨脹至今直徑頂多是276億光年。那為什麼科學家們說目前的可觀測宇宙的直徑為930億光年？

因為宇宙一直都在以超光速膨脹

宇宙在超光速膨脹並沒有違反任何物理規律。愛因斯坦的相對論中說真空中的光速是宇宙中物體運動速度的極限，那說的是有靜止質量的物體的運動速度不能超過光速，卻並沒有規定空間的膨脹速度不能超過光速。我們的宇宙之所以這麼大，就是因為空間在持續不斷的以超光速膨脹。

20世紀20年代，美國天文學家埃德文哈勃發現河外星系正在遠離我們。河外星系的視向退行速度與距離成正比，離我們越遠的星系退行速度越快。據美國宇航局公佈的最新測量結果，星系距離我們每增加326萬光年，退行速度就增加74千米每秒。

上圖為愛德文·哈勃

哈勃的這一發現使我們認識到宇宙正在膨脹。而且據此還可以推斷，在很久很久以前，宇宙之間星系之間的距離更近，物質密度也更大，那麼早期的宇宙可能誕生於一個原始火球，這為大爆炸理論提供了有力的證據。

星系之間之所以在相互遠離，就是因為宇宙空間在膨脹，而不是由於星系的運動造成的。我們可以這樣理解宇宙空間的膨脹，相信許多人都吹過氣球吧，當氣球膨脹時，氣球上任意兩個點之間都在相互遠離，距離被拉昇，而宇宙空間的膨脹就與它類似，因而宇宙並不存在於一個特殊的膨脹中心。把氣球上的點換成星系，那麼就很好理解星系之間為什麼會相互遠離了，並且距離越遠的相互遠離的速度越快。

如上圖所示，宇宙像氣球一樣膨脹。

通過對遙遠超新星的觀測，科學家們發現宇宙不僅在膨脹，而且目前正在加速膨脹，發現了該項研究成果的三位天體物理學家也共同分享了2011年的諾貝爾物理學獎。究竟是什麼原因是宇宙加速膨脹？科學家們認為這與佔宇宙總質能68%的暗能量有關。

上圖為宇宙的膨脹歷程

天體距離我們那麼遠，科學家又是如何知道是空間在膨脹，而非星系在相互遠離？

哈勃通過星系的光譜發現河外星系在遠離我們。哈勃發現河外星系的光譜線會向紅端移動，距離越遠的星系紅移量越大，這被稱之為宇宙學紅移。之所以會產生紅移，就是因為空間的膨脹把光波拉長了。

產生這種紅移現象的原因是空間膨脹而不是星系遠離造成的。

有三種原因可以產生光譜紅移現象，包括多普勒紅移、宇宙學紅移和引力紅移。多普勒紅移是由於觀察者和光源的相互遠離而產生的；宇宙學紅移是由於空間的膨脹產生的；引力紅移是受引力源作用而產生的，需要黑洞級別的引力源才能產生明顯的紅移現象。在較近的區域內，由於星系的視運動較明顯，多普勒紅移與宇宙學紅移很難區分開來，只有在相當遙遠的距離（上億光年以上）上才能區別這兩者所引起的譜線差異。

正是因為以上發現，才證明了宇宙空間在膨脹，而不是星系在遠離。我們並不處於宇宙中心，在任何位置觀測得出的結論都是星系之間在相互遠離，而我們所看到的這種現象正是宇宙空間的膨脹造成的。

為什麼星系內部察覺不到宇宙膨脹這種現象？

那是因為在幾百萬光年以內的小尺度範圍內，引力的作用強度遠大於迫使空間膨脹的力量，只有在大尺度範圍內才能看見天體之間在相互遠離。

正因為如此，星系內部才觀察不到宇宙在膨脹，星系也正是在引力的作用下才維持穩定的。雖然宇宙在膨脹，但仙女座與銀河系正在引力的作用下相互靠近，據科學家預測，在30多億年之後，仙女座星系和銀河系將會發生碰撞融合，形成一個更大的星系。

為什麼可觀測宇宙的直徑有930億光年？

最早的光從宇宙誕生之初就開始傳播，光以光速在宇宙中傳播了138億年才到達了我們的眼中，正是因為空間的超光速膨脹，才使光僅用一百多億年的時間就走完了幾百億光年的路程。按照大爆炸理論模型計算，在電磁波範圍內可觀測宇宙的直徑有922億光年。

根據大爆炸理論，在宇宙誕生之初的38萬年時間裡，宇宙間還是一片混沌，物質的密度很大，光也不能自由的傳播。這意味著這段時間內的情況用光是觀察不了的。即使這麼短的時間，宇宙就已經膨脹了8億光年，因為當時宇宙正處於暴漲時期。要想觀察到這段時間內的情況就需要用到引力波。

如圖所示，天體之間的引力作用在空間中激起漣漪，形成引力波，並向遠方傳去。

那麼合計起來可觀測宇宙的直徑就是930億光年了。算上不可觀測的部分，宇宙的實際大小肯定還要大上很多。

如果未來宇宙繼續加速膨脹，那麼總有一天，星系之間將會變得非常遙遠，以至於附近其它星系的光永遠也不能被我們所觀測到，宇宙將會變成一片黑暗和死寂。

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