“如果你覺得一切都在控制之中，那說明你的速度還不夠快”?！R里奧·安德烈蒂

宇宙膨脹、相對(duì)論和暗能量之間有著十分密切的聯(lián)系，它們共同導(dǎo)致了一個(gè)結(jié)果，也是我們經(jīng)常會(huì)感到最不可思議的一個(gè)現(xiàn)象，你肯定也想過這個(gè)問題，是這樣的：

眾所周知，宇宙是以遞增的速度在膨脹，簡(jiǎn)單說就是，離得越遠(yuǎn)，膨脹速度越快。那要這樣說的話，豈不是膨脹的速度會(huì)超過光速？如果真的是這樣，這難道不會(huì)與愛因斯坦的理論相矛盾嗎？

今天要說的就是這個(gè)問題，一個(gè)看似矛盾的問題！

讓我們從光速開始，先了解接近光速后意味著什么。

無論在宇宙的什么地方，無論是什么樣的物質(zhì)，在空間中移動(dòng)的速度都有一個(gè)絕對(duì)的限制。也許你會(huì)認(rèn)為只要通過消耗越來越多的能量，就可以讓自己的獲得更快的速度……話雖沒有錯(cuò)，但這句話只在一定程度上是正確的。如果你的移動(dòng)速度只有幾米/小時(shí)，或者幾公里/小時(shí)，甚至是幾公里/秒，就跟地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度一樣！在這樣的速度下，我們根本不會(huì)注意到想要以無限速度移動(dòng)存在的障礙。

根據(jù)相對(duì)論，在空間中移動(dòng)的越快，在時(shí)間中的移動(dòng)的就越慢（時(shí)間也是一個(gè)維度）?，F(xiàn)在想象一下，你在地球表面處于完全靜止的狀態(tài)，你的一個(gè)朋友一開始跟你一樣也是靜止的，然后他乘噴氣式飛機(jī)開始環(huán)球飛行。在你和你的朋友分開之前，你們同步了手表，并且將時(shí)間精確到了微秒。

如果你們的手表足夠靈敏，當(dāng)你的朋友完成旅程回到你身邊時(shí)，你們的手表就會(huì)出現(xiàn)稍微的偏差。你的手表顯示的時(shí)間會(huì)比你朋友的手表顯示的時(shí)間要快一些，可能只有幾十微秒的差異，但這個(gè)差異只要通過精確的測(cè)量是可以分辨的。并且移動(dòng)得越快，差異就越明顯。

國際空間站（International Space Station）上的宇航員在短短90分鐘內(nèi)就可以繞地球一圈，在我們地面上的人看來，它們的時(shí)間會(huì)比我們慢幾秒；即使是使用傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)器（電子表、機(jī)械表），所經(jīng)過的時(shí)間也會(huì)有明顯的差異。傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)器為什么也會(huì)變慢呢？別忘了，一些都是由量子構(gòu)成的，而物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)變化，都有由基本力作用的。例如：你用手拿起一個(gè)東西，這個(gè)力怎么來的？說到底這就是電磁力在起作用，而光子傳遞電磁力變慢了，你的動(dòng)作相應(yīng)也會(huì)變慢。

所以說，高速狀態(tài)下時(shí)鐘不同的運(yùn)行方式，是因?yàn)闀r(shí)間本身在以不同的速度流逝。而時(shí)間的相對(duì)變化正是因?yàn)橐苿?dòng)速度讓傳遞力的微觀粒子的運(yùn)動(dòng)路徑發(fā)生了變化。下圖：

時(shí)鐘在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行的更慢，這只是時(shí)間和空間相互聯(lián)系的一個(gè)結(jié)果，在空間中更快的運(yùn)動(dòng)意味著在時(shí)間中的運(yùn)動(dòng)更慢。時(shí)間和空間之間的速度變化是通過光速來聯(lián)系的。你看，傳遞相互作用力的粒子最快的速度就是光速，而你的運(yùn)動(dòng)速度越接近光速，那么傳遞力的時(shí)間就會(huì)無限延長(zhǎng)，而你的時(shí)間就會(huì)靜止。想一想，你身體內(nèi)的相互作用力都傳遞不下去了，你的生命、新陳代謝是不是就變得無限慢。

這也是為什么μ介子，一種平均壽命只有兩微秒的不穩(wěn)定粒子，可以在大氣層頂部以接近光速的速度產(chǎn)生，并能一直到達(dá)地球表面。這是一個(gè)大約100公里的旅程，然而，如果它僅僅以30萬公里/秒（光速）的速度移動(dòng)2.2微秒，它只能穿過0.6%的路程，然后就衰變了。但μ介子之所以能夠到達(dá)地球表面（如果你伸出手，每秒鐘大約有一個(gè)介子穿過你的手掌）正是因?yàn)橄鄬?duì)論的這種時(shí)間變慢效應(yīng)。

那么膨脹的宇宙呢？為什么可以超光速？

要知道，如果我們觀察一個(gè)星系，平均來說，星系離我們?cè)竭h(yuǎn)，它遠(yuǎn)離我們的速度就越快。室女座星系團(tuán)中的星系，大約有5000萬到6000萬光年遠(yuǎn)，平均以1200公里/秒的速度遠(yuǎn)離我們；后發(fā)星系團(tuán)中大約3.3億光年遠(yuǎn)的星系，正以每秒7000公里的速度遠(yuǎn)離我們。

我們看得越遠(yuǎn)，這些星系和星團(tuán)后退的速度就越快。當(dāng)然，由于局部運(yùn)動(dòng)和附近引力的影響，存在數(shù)百甚至1000公里/秒的微小變化，但在最大的尺度上星系確實(shí)是在加速遠(yuǎn)離我們。這一現(xiàn)象最早是由埃德溫·哈勃本人在20世紀(jì)20年代發(fā)現(xiàn)的，由此產(chǎn)生了哈勃定律，即宇宙膨脹定律。利用我們所掌握的最先進(jìn)的現(xiàn)代觀測(cè)資料，這一定律在各個(gè)方向上延續(xù)了數(shù)百億光年。因此是絕對(duì)沒有錯(cuò)的，確實(shí)在加速膨脹。

那光速呢？

這道無形的屏障（阻止所有形式的物質(zhì)以光速運(yùn)動(dòng)）會(huì)阻止星系后退的速度嗎？當(dāng)一個(gè)星系越接近光速時(shí)，時(shí)間會(huì)漸近并停止流逝，永遠(yuǎn)被禁止以低于零的速度流逝，否則這些星系的時(shí)間會(huì)倒退？

這里漏掉了一個(gè)重要的問題。光速作為一種極限，只適用于空間中同一位置上相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體。

相對(duì)論，一定要記住“相對(duì)”這個(gè)詞！沒有“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”就沒有相對(duì)論，更沒有光速限制。當(dāng)你的朋友乘飛機(jī)離開時(shí)，他們的手表會(huì)稍微慢一點(diǎn)，那是因?yàn)槟銈冊(cè)谕粋€(gè)地方又見面了。當(dāng)宇航員返回地球時(shí)，慢了幾秒鐘，那是因?yàn)槟銈冊(cè)谕粋€(gè)空間區(qū)域。即使是μ介子，以接近光速的速度運(yùn)動(dòng)，這也是相對(duì)于地球上的參照系在運(yùn)動(dòng)，這就是為什么它的影響是可見的原因。

但是在遙遠(yuǎn)的宇宙中，這些星系根本就沒有移動(dòng)。相反，是它們之間的空間在膨脹，但是單個(gè)星系本身相對(duì)于附近的空間是靜止的。

那我們是怎樣知道星系并沒有動(dòng)，只是中間的空間在膨脹？

我們可以做一個(gè)測(cè)試：通過觀察這些遙遠(yuǎn)星系，并測(cè)量它們的紅移和它們的距離，可以對(duì)照相對(duì)論的預(yù)測(cè)，檢查它們是在極遠(yuǎn)的距離上是如何移動(dòng)的。

首先了解下相對(duì)論有兩種形式：一種是狹義相對(duì)論，它存在于平坦的靜態(tài)空間中，只有物體通過空間和時(shí)間的運(yùn)動(dòng)；另一種是廣義相對(duì)論，空間本身隨著時(shí)間的推移而演化或收縮，物質(zhì)和能量決定了時(shí)空的曲率。

以下是這兩種預(yù)測(cè)的不同之處。

紅色虛線代表了星系自己運(yùn)動(dòng)的距離和紅移的關(guān)系，黑線代表了空間膨脹下，星系距離和紅移的關(guān)系！事實(shí)證明，我們的觀測(cè)結(jié)果絕對(duì)支持廣義相對(duì)論的空間膨脹解釋，完全排除了空間是靜態(tài)的解釋。

總結(jié)：宇宙的加速膨脹對(duì)未來意味著什么？

當(dāng)我們把所有東西放在一起，即使在我們的宇宙中加入暗能量，這對(duì)我們膨脹的宇宙意味著什么？

這意味著隨著時(shí)間的推移，遙遠(yuǎn)星系發(fā)出的光會(huì)向光譜的紅色部分偏移，導(dǎo)致宇宙紅移。這意味著宇宙中有一部分距離我們非常遙遠(yuǎn)，以至于它們發(fā)出的光一直都沒有到達(dá)過我們，以后也不會(huì)到達(dá)我們。目前，這個(gè)距離大約為460億光年（可觀測(cè)半徑）。

這意味著，從現(xiàn)在開始，任何超過140到150億光年的物體現(xiàn)在發(fā)出的光都將永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)我們，或者我們發(fā)出的光也一樣無法到達(dá)它們。也就是說目前可觀測(cè)宇宙4%的星系還跟我們有著聯(lián)系或因果關(guān)系。而哪些超光速遠(yuǎn)離我們的星系，即使是現(xiàn)在發(fā)射的光子，也永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)它們。

隨著時(shí)間的推移，所有被卷入宇宙膨脹中的物體都會(huì)加速遠(yuǎn)離我們，越來越快。如果時(shí)間足夠長(zhǎng)，它們最終都會(huì)以比光速還快的速度后退，不管我們?cè)斐隽硕嗫斓幕鸺?，不管我們發(fā)射了多少信號(hào)，不管光本身的速度有多快，原則上我們都無法到達(dá)它們。