半径 450 多亿光年的宇宙只有 137 亿年，那宇宙的膨胀速度不就超光速了？
您提出的问题非常棒，也触及到了宇宙学中一个非常核心、也常常让人感到困惑的概念：宇宙的膨胀速度。您观察到的一个现象是：宇宙的年龄大约是137亿年，但可观测宇宙的半径却远超450亿光年。这确实让人直观地认为宇宙的膨胀速度似乎超过了光速。
要详细解释这一点，我们需要深入理解几个关键概念：
1. 光速极限和宇宙膨胀
首先要明确的是，我们通常所说的“光速极限”（约每秒30万公里）是指物体在时空中的移动速度。任何有质量的物体，或者信息传递，都不能在局部时空里超过这个速度。这是狭义相对论的基础。
然而，宇宙的膨胀并不是物体在时空中“移动”。宇宙膨胀指的是时空本身在伸展。想象一个正在被吹大的气球表面，上面画着一些点。这些点本身没有在“移动”穿越气球表面，而是气球的表面在扩张，使得点之间的距离越来越大。
所以，宇宙的膨胀速度，是指两个相隔很远的物体，由于宇宙空间自身的膨胀，它们之间的距离增加的速度。这个速度是可以超过光速的，而且对于足够遥远的物体来说，它确实是超过光速的。
2. 可观测宇宙的半径是如何定义的？
我们之所以说可观测宇宙的半径是450多亿光年，这是根据它的“年龄”和“膨胀”来计算的。这里涉及到几个重要的概念：
宇宙的年龄（137亿年）： 这是指从宇宙大爆炸开始到现在的这段时间。
光年： 光在一年时间里传播的距离。它是一个距离单位，不是时间单位。
光在宇宙膨胀中的“追赶”： 想象一下，在大爆炸后不久，有一个光子从宇宙的一个角落发出，它在以光速向我们传播。在这137亿年的时间里，它传播了137亿光年的距离（如果宇宙是静止的话）。
宇宙膨胀的影响： 然而，在这137亿年中，宇宙本身在膨胀。这意味着，当光子传播时，它所经过的空间也在拉伸，使得它原本身处的那个位置离我们越来越远。所以，即使光子一直在以光速前进，但由于它前进的“赛道”（空间）也在不断伸展，它的终点（也就是它当初发出的那个点）相对于我们来说，已经移动得比它本身传播的距离还要远了。
简单来说，450多亿光年这个半径，是我们今天能“看到”的最远处的物体所发出的光，在137亿年的时间里，经历宇宙膨胀到达我们这里所能确定的距离。这个距离并不是光子传播的距离（137亿光年），而是那个发出光子的源头，在光子到达我们时，它所处的空间位置离我们有多远。
3. 哈勃定律与膨胀速度
爱德文·哈勃在20世纪20年代观测发现，遥远的星系都在远离我们，而且距离越远的星系，远离的速度越快。这就是著名的哈勃定律。
哈勃定律可以用一个简单的公式表示：$v = H_0 d$
$v$ 是星系远离我们的速度。
$d$ 是星系到我们的距离。
$H_0$ 是哈勃常数，它描述了宇宙膨胀的速率。目前普遍接受的值大约是每秒每百万秒差距 (Mpc) 70公里（约22公里/秒/兆光年）。
这里有一个关键点：哈勃常数本身并不代表速度。它是一个比例常数。当距离 ($d$) 足够大时，那么计算出的速度 ($v$) 就可以超过光速。
举个例子：如果一个星系距离我们100亿光年，并且哈勃常数是每秒每兆光年22公里。那么这个星系远离我们的速度大约是：
$v = (22 ext{ km/s/Mpc}) imes (100 imes 10^9 ext{ 光年})$
首先需要转换单位：1 Mpc ≈ 3.26百万光年。
所以，$v approx (22 ext{ km/s}) imes frac{100 imes 10^9 ext{ 光年}}{3.26 imes 10^6 ext{ 光年/Mpc}} approx 675 ext{ km/s}$
如果距离足够远，例如450亿光年，那么计算出来的速度就会超过光速。例如，如果距离是450亿光年，换算成Mpc大约是138亿 Mpc。
$v approx (22 ext{ km/s/Mpc}) imes (138 imes 10^8 ext{ Mpc}) approx 3.04 imes 10^9 ext{ km/s}$
这个速度确实远超光速（约30万 km/s）。
总结一下：
宇宙膨胀是时空本身的伸展，而不是物体在时空中的运动。
局部的光速极限依然有效，任何物体或信息都不能在局部时空中超光速运动。
但由于宇宙空间自身的膨胀，遥远的物体之间相对远离的速度是可以超过光速的。
可观测宇宙的半径（450多亿光年）是光子发出时源头的实际位置，经过137亿年的膨胀后，现在离我们的距离。这个距离之所以大于137亿光年，正是因为宇宙在这段时间里一直在膨胀。
所以，您观察到的现象是正确的，而且正是对宇宙膨胀的一个很好的理解角度。宇宙的膨胀确实会使得遥远天体之间的距离以超过光速的速度增加。这并不违反物理定律，因为被打破的不是物体在时空中的速度限制，而是时空本身的尺度。
希望这个详细的解释能够帮助您理清这个有趣的宇宙学概念！
要详细解释这一点，我们需要深入理解几个关键概念：
1. 光速极限和宇宙膨胀
首先要明确的是，我们通常所说的“光速极限”（约每秒30万公里）是指物体在时空中的移动速度。任何有质量的物体，或者信息传递，都不能在局部时空里超过这个速度。这是狭义相对论的基础。
然而，宇宙的膨胀并不是物体在时空中“移动”。宇宙膨胀指的是时空本身在伸展。想象一个正在被吹大的气球表面，上面画着一些点。这些点本身没有在“移动”穿越气球表面，而是气球的表面在扩张，使得点之间的距离越来越大。
所以，宇宙的膨胀速度，是指两个相隔很远的物体，由于宇宙空间自身的膨胀，它们之间的距离增加的速度。这个速度是可以超过光速的，而且对于足够遥远的物体来说，它确实是超过光速的。
2. 可观测宇宙的半径是如何定义的？
我们之所以说可观测宇宙的半径是450多亿光年，这是根据它的“年龄”和“膨胀”来计算的。这里涉及到几个重要的概念：
宇宙的年龄（137亿年）： 这是指从宇宙大爆炸开始到现在的这段时间。
光年： 光在一年时间里传播的距离。它是一个距离单位，不是时间单位。
光在宇宙膨胀中的“追赶”： 想象一下，在大爆炸后不久，有一个光子从宇宙的一个角落发出，它在以光速向我们传播。在这137亿年的时间里，它传播了137亿光年的距离（如果宇宙是静止的话）。
宇宙膨胀的影响： 然而，在这137亿年中，宇宙本身在膨胀。这意味着，当光子传播时，它所经过的空间也在拉伸，使得它原本身处的那个位置离我们越来越远。所以，即使光子一直在以光速前进，但由于它前进的“赛道”（空间）也在不断伸展，它的终点（也就是它当初发出的那个点）相对于我们来说，已经移动得比它本身传播的距离还要远了。
简单来说，450多亿光年这个半径，是我们今天能“看到”的最远处的物体所发出的光，在137亿年的时间里，经历宇宙膨胀到达我们这里所能确定的距离。这个距离并不是光子传播的距离（137亿光年），而是那个发出光子的源头，在光子到达我们时，它所处的空间位置离我们有多远。
3. 哈勃定律与膨胀速度
爱德文·哈勃在20世纪20年代观测发现，遥远的星系都在远离我们，而且距离越远的星系，远离的速度越快。这就是著名的哈勃定律。
哈勃定律可以用一个简单的公式表示：$v = H_0 d$
$v$ 是星系远离我们的速度。
$d$ 是星系到我们的距离。
$H_0$ 是哈勃常数，它描述了宇宙膨胀的速率。目前普遍接受的值大约是每秒每百万秒差距 (Mpc) 70公里（约22公里/秒/兆光年）。
这里有一个关键点：哈勃常数本身并不代表速度。它是一个比例常数。当距离 ($d$) 足够大时，那么计算出的速度 ($v$) 就可以超过光速。
举个例子：如果一个星系距离我们100亿光年，并且哈勃常数是每秒每兆光年22公里。那么这个星系远离我们的速度大约是：
$v = (22 ext{ km/s/Mpc}) imes (100 imes 10^9 ext{ 光年})$
首先需要转换单位：1 Mpc ≈ 3.26百万光年。
所以，$v approx (22 ext{ km/s}) imes frac{100 imes 10^9 ext{ 光年}}{3.26 imes 10^6 ext{ 光年/Mpc}} approx 675 ext{ km/s}$
如果距离足够远，例如450亿光年，那么计算出来的速度就会超过光速。例如，如果距离是450亿光年，换算成Mpc大约是138亿 Mpc。
$v approx (22 ext{ km/s/Mpc}) imes (138 imes 10^8 ext{ Mpc}) approx 3.04 imes 10^9 ext{ km/s}$
这个速度确实远超光速（约30万 km/s）。
总结一下：
宇宙膨胀是时空本身的伸展，而不是物体在时空中的运动。
局部的光速极限依然有效，任何物体或信息都不能在局部时空中超光速运动。
但由于宇宙空间自身的膨胀，遥远的物体之间相对远离的速度是可以超过光速的。
可观测宇宙的半径（450多亿光年）是光子发出时源头的实际位置，经过137亿年的膨胀后，现在离我们的距离。这个距离之所以大于137亿光年，正是因为宇宙在这段时间里一直在膨胀。
所以，您观察到的现象是正确的，而且正是对宇宙膨胀的一个很好的理解角度。宇宙的膨胀确实会使得遥远天体之间的距离以超过光速的速度增加。这并不违反物理定律，因为被打破的不是物体在时空中的速度限制，而是时空本身的尺度。
希望这个详细的解释能够帮助您理清这个有趣的宇宙学概念！
网友意见
宇宙膨胀的“速度”和光速不可比较，因为二者不是相同的概念。
举个例子，一个正在充气的气球，气球胀大的速度和气球表面上蚂蚁爬行的速度是不可比较的。能和蚂蚁爬行速度比较的只有“由气球胀大造成的气球上某两个固定点之间相互远离的速度”。换成宇宙就是：能和光速比较的只有“由宇宙膨胀造成的宇宙中某两个位置相互远离的速度”。用专业术语来说这叫“退行速度“。很明显，退行速度v与两个点之间的距离d成正比， ，这个比例系数H就是常说的哈勃系数。
显然，如果两个空间点之间相距足够远，或者两点相距较近但此时的哈勃系数很大，那么两点之间的退行速度就可以超过光速。这是很正常的，不违反相对论，因为并不是物质或信息在两个空间点之间传播的速度超过光速。这种退行速度是空间本身膨胀造成的，不传递物质或信息。
另外，宇宙年龄138亿年但可观测宇宙半径460亿光年也很正常。你想想，如果宇宙不膨胀，是静态的，那么138亿年的时间里，光自然只能跑138亿光年的距离。一个东西在138亿年前朝我们这个位置发出一道光，今天我们接收到它，说明这个东西离我们有138亿光年远，我们的可观测宇宙半径就是138亿光年。但是，我们的宇宙在膨胀，空间中的一切都在相互远离。一个东西在138亿年前朝我们这个位置发出一道光，当我们接收到这道光的时候，这个东西早就退行到138亿光年之外了。这意味着我们看到的这个东西现在在138亿光年之外，我们可观测宇宙的半径就会大于138亿光年。（注：作类比的话，可观测宇宙的半径不是气球的半径，而是气球表面一小块圆形区域的半径，这块圆形区域之外就是宇宙不可观测的部分）
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