大家都知道我們生活的星系叫太陽(yáng)系，太陽(yáng)系外面有銀河系，而人類能觀測(cè)到的最大的宇宙單位是“可觀測(cè)宇宙”，這是一個(gè)半徑460億光年左右的球形空間。

由此就有很多人好奇，人類連太陽(yáng)系都沒(méi)有走出去，那這“可觀測(cè)宇宙”又是怎么觀測(cè)出來(lái)的？

（可觀測(cè)宇宙概念圖）

什么是可觀測(cè)宇宙？

首先“可觀測(cè)宇宙”這個(gè)概念的意思不是“我們?nèi)祟惸苡^測(cè)到的宇宙”，它的意思是“我們?nèi)祟愑袡C(jī)會(huì)觀測(cè)到的宇宙”。

說(shuō)到這個(gè)問(wèn)題我們首先需要先了解一個(gè)基礎(chǔ)概念，那就是這個(gè)宇宙中的光，其走過(guò)的距離是有極限的。

（宇宙中的光走的距離有極限）

大家都知道按照現(xiàn)有的理論模型，我們的宇宙誕生于一場(chǎng)120多億年前的“大爆炸”。

而光的速度也不是無(wú)限的，為每秒大約30萬(wàn)公里，光走過(guò)一年的距離則是“光年”。

也就是說(shuō)，理論上到現(xiàn)在，宇宙中的第一束光也就走了120多億光年的距離。

在以上理論中，假設(shè)宇宙中第一個(gè)發(fā)出亮光的東西在距離我們?nèi)祟愑?30億光年，那么我們?nèi)祟惥蜔o(wú)法觀測(cè)到它了。

（距離決定了可否觀測(cè)到光）

但如果這個(gè)發(fā)光的東西距離我們?nèi)祟愑?20億光年，雖然這玩意距離我們很遠(yuǎn)，我們?nèi)祟愐矝](méi)有那個(gè)技術(shù)條件去觀測(cè)到它，但在現(xiàn)有的理論基礎(chǔ)上，我們總歸是還有可能觀測(cè)到這個(gè)發(fā)光物體的。

那么以我們?nèi)祟悶橹行模覀冇袡C(jī)會(huì)觀測(cè)到的最遠(yuǎn)距離，就是460億光年左右了。這就是“可觀測(cè)宇宙”。

當(dāng)然看到這大家可能會(huì)發(fā)現(xiàn)不對(duì)勁了。宇宙誕生于120多億年前，這意味著宇宙中的第一束光也不過(guò)是走了120億光年的距離，那為什么“可觀測(cè)宇宙”的半徑能達(dá)到460億光年？

這就要引入另一個(gè)概念了，那就是“宇宙膨脹”。

（宇宙在不斷膨脹）

既然宇宙誕生于一場(chǎng)“大爆炸”，那么爆炸后“碎片”自然會(huì)不斷飛散。也就是說(shuō)，整個(gè)宇宙的時(shí)間和空間都在不斷膨脹，宇宙之間的物質(zhì)，其距離也在不斷擴(kuò)大。

最關(guān)鍵的是，在部分情況下，宇宙膨脹的速度是高于光速的。

如果整個(gè)宇宙的膨脹速度高于光速，并且光速保持不變，那么理論上來(lái)說(shuō)我們不應(yīng)該看到銀河系外，甚至是太陽(yáng)系外的光。

因?yàn)檫@些星系中的發(fā)光體——恒星，以高于每秒30萬(wàn)公里的速度遠(yuǎn)離我們，它們發(fā)出的光就來(lái)不及到地球上就被“帶走”了，因此這些光永遠(yuǎn)沒(méi)有機(jī)會(huì)抵達(dá)地球，自然是永遠(yuǎn)沒(méi)有機(jī)會(huì)被我們?nèi)祟愑^測(cè)到。

（很多恒星在不斷遠(yuǎn)離我們）

宇宙大爆炸發(fā)生在120多億光年，但宇宙大爆炸后，宇宙膨脹的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于光速，那么宇宙的半徑自然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于120億光年。當(dāng)前460億光年的可觀測(cè)宇宙半徑，自然還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是真實(shí)宇宙的半徑。

因?yàn)椴糠智闆r下宇宙的膨脹速度遠(yuǎn)大于光速，這也就意味著那些距離我們比較遠(yuǎn)的星系（460億光年之外），它們發(fā)出的光很可能永遠(yuǎn)都無(wú)法抵達(dá)地球了，我們也就無(wú)法對(duì)其觀測(cè)了。

天體距離越近，宇宙膨脹對(duì)其影響越不明顯

此外我們還需要注意的是，宇宙的膨脹速度不是一開(kāi)始就這么快的，它的膨脹速度在不斷的加快。

而且尤其需要注意的是，宇宙的膨脹是空間和時(shí)間上的膨脹，不是單純的天體之間距離的提升。

舉例來(lái)說(shuō)，我們找一張A4紙，在一頭點(diǎn)上紅點(diǎn)，另一頭點(diǎn)上藍(lán)點(diǎn)。將這張A4紙視作是宇宙的時(shí)間和空間，然后將A4紙折疊起來(lái)。

（A4紙對(duì)折）

在A4紙上，紅點(diǎn)和藍(lán)點(diǎn)的距離是沒(méi)有變化的。但刨除掉“空間和時(shí)間”，也就是在A4紙外觀察，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)紅點(diǎn)和藍(lán)點(diǎn)碰在一起了。

現(xiàn)在我們?cè)诩t點(diǎn)那一頭再點(diǎn)一個(gè)黑色的點(diǎn)，然后將A4紙折疊多次，就會(huì)發(fā)現(xiàn)黑點(diǎn)靠近紅點(diǎn)的速度，要慢于藍(lán)點(diǎn)靠近紅點(diǎn)的速度。

藍(lán)點(diǎn)和紅點(diǎn)在這張A4紙上的距離，比黑點(diǎn)和紅點(diǎn)在這張A4紙上的距離大，假設(shè)A4紙每一次折疊，兩個(gè)點(diǎn)之間的距離都縮短一半，那自然是藍(lán)點(diǎn)和紅點(diǎn)在每一次折疊的時(shí)候縮短的距離更多。

（A4紙多次對(duì)折）

我們將上述過(guò)程反過(guò)來(lái)，將折疊了很多次的A4紙舒展開(kāi)，那就是我們當(dāng)前宇宙膨脹的模型了。

在A4紙上，藍(lán)點(diǎn)離紅點(diǎn)的距離＞黑點(diǎn)離紅點(diǎn)的距離，那么A4紙展開(kāi)的時(shí)候，藍(lán)點(diǎn)離開(kāi)紅點(diǎn)的速度就會(huì)更快。

也就是說(shuō)，兩個(gè)天體之間距離越近，對(duì)于宇宙膨脹的感覺(jué)越不明顯。

當(dāng)兩個(gè)天體足夠近的時(shí)候，宇宙膨脹對(duì)它們之間距離的影響，已經(jīng)可以忽略不計(jì)了。這就是我們一直感覺(jué)太陽(yáng)系、銀河系，甚至銀河系外更大一層星系，其中的恒星和我們之間的距離沒(méi)啥變化，但是460億光年外的恒星遠(yuǎn)離我們的速度已經(jīng)快于光速的原因。

（天體越近，宇宙膨脹的影響越小）

紅移和藍(lán)移

因?yàn)檫@個(gè)原因，物理學(xué)上還有一個(gè)“紅移”和“藍(lán)移”的概念。

還是用上面的A4紙舉例子，A4紙折疊起來(lái)的時(shí)候，雖然我們?cè)贏4紙外看會(huì)覺(jué)得兩個(gè)點(diǎn)接近了，但在A4紙上面兩個(gè)點(diǎn)的距離沒(méi)變。

從人類的觀察角度來(lái)說(shuō)，兩個(gè)點(diǎn)之間的距離又的確是變了。

現(xiàn)在我們?cè)谶@張A4紙上粘上兩根橡皮筋，橡皮筋一頭粘在紅點(diǎn)，一頭粘在藍(lán)點(diǎn)，同時(shí)橡皮筋一根粘在正面，一根粘在背面。

然后我們?cè)賮?lái)對(duì)折這張A4紙，那么這兩根橡皮筋就會(huì)出現(xiàn)一根繃緊，一根放松并彎曲起來(lái)的情況。

將這兩根橡皮筋比作是藍(lán)色的可見(jiàn)光和紅色的可見(jiàn)光，那這就是物理學(xué)中的紅移和藍(lán)移現(xiàn)象了。

不同波長(zhǎng)的光，在人的肉眼中會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色。

（光譜）

當(dāng)光往返于兩個(gè)天體之間時(shí)，天體之間的距離變長(zhǎng)，那么光就是A4紙上繃緊的橡皮筋。

如果天體之間的距離變短，光就是A4紙上放松彎曲的橡皮筋。

如果“橡皮筋”繃緊或者放松時(shí)會(huì)呈現(xiàn)不同顏色，那么一只螞蟻站在A4紙正面看到的橡皮筋是一種顏色，站在A4紙背面看到的橡皮筋又是另外一種顏色。

（紅移和藍(lán)移）

通過(guò)觀察一個(gè)天體散發(fā)的可見(jiàn)光在光譜上是紅色還是藍(lán)色，可以判斷這個(gè)天體是在遠(yuǎn)離我們還是在靠近我們。

信息來(lái)源： 【1】中國(guó)科普博覽·《NASA最新研究：宇宙膨脹速度比之前預(yù)測(cè)快9%》 【2】中國(guó)科學(xué)院·《引力紅移新發(fā)現(xiàn)證實(shí)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論》 【3】人民資訊·《宇宙膨脹速度超過(guò)光速，是如何計(jì)算出來(lái)的，為啥感覺(jué)不到？》