宇宙约为138亿岁,可观测宇宙半径却达465亿光年,矛盾不?
宇宙并不是恒存的,它有一个开始,根据欧洲空间局的普朗克巡天者卫星的观测数据计算而出的宇宙年龄为137.85亿岁到137.89亿岁之间,简单一点,我们就说宇宙的年龄约为138亿岁。
宇宙的年龄虽为138亿岁,但是可观测宇宙的半径却达到了465亿光年,这就有点问题了。宇宙的年龄与可观测宇宙范围之间存在着两个相互矛盾点:其一,宇宙的年龄既为138亿岁,那么即使宇宙空间以光速膨胀,宇宙的大小也应该仅为半径138亿光年,而现在可观测宇宙的半径就达到了465亿光年,而不可观测的部分更是不知道有多大。其二,光以光速运行,光的传递是需要时间的,比如太阳光传递到地球需要8分钟,所以我们看到的太阳就是8分钟以前的太阳,同样的,138亿光年以外的光传递到地球需要138亿年,所以我们最多只能看到138亿光年以外的空间,怎么可观测宇宙的半径却为465亿光年呢?
按照普遍认可的逻辑推理方式,却可以推导出两个相互对立的结论,这种情况就被称之为悖论,然而宇宙年龄与可观测范围之间不能够存在悖论,否则就说明其中必有错误,然而无论是宇宙年龄,还是可观测宇宙范围都是经过实验验证的,既然没有错误,那这所谓的悖论就必然可解。
先来说说宇宙的膨胀速度。任何具有静止质量的物体都无法达到光速,而没有静止质量的物体则只能以光速移动,光速为宇宙间最快的速度,不可超越。然而光速最快原理指的是宇宙系统内部具有信息传递的运动速度,而宇宙膨胀是空间本身的膨胀,且无法传递信息,所以并不受光速最快的限制。
事实上宇宙膨胀的速度本身也并没有超越光速,那只是我们的错觉。
在我们看来,宇宙边缘远离我们的速度远超光速,而这实际上是一种叠加效应。宇宙是均匀膨胀的,也就是说在宇宙中任意两点都在以相同的速度远离,比如地球与宇宙边缘之间的距离为十个点,每两点相互远离的速度为0.2倍光速,每两点相互远离的速度都没有超越光速,但地球和宇宙边缘却在以2倍光速远离,这就是叠加效应的结果。
当然了,实际上地球与宇宙边缘之间的空间是由无数点所构成的,所以即使每两点间远离的速度很慢,宇宙边缘与地球远离的速度也远超光速。由于叠加效应,表面上看起来距离地球越远的空间,膨胀的速度就越快,但实际上宇宙的膨胀是非常均匀的。
宇宙膨胀速度与宇宙年龄之间并不存在着矛盾,那么宇宙年龄与可观测距离之间是否存在矛盾呢?我们只有138亿年的时间,为什么却能够看到465亿光年以外的光呢?
光的传递是需要时间的,传递的速度就是光速,我们知道太阳光传到地球需要约8分钟的时间,所以我们看到的太阳就是8分钟以前的太阳,但太阳与地球之间的距离是近乎于不变的,这使我们忽略了一个重要的问题,那就是我们所看到的物体的位置。现在我们把太阳换成一颗正在向太阳系外飞驰的彗星,此时这颗彗星与地球的距离也为14960万千米,所以它的光到达地球也需要8分钟。也就是说我们此时此刻所看到的彗星实际上就是8分钟以前的彗星,也就是说8分钟以前,这颗彗星与地球的距离为14960万千米,但现在它已经不在这个位置上了。
当我们看到这颗彗星的时候,这颗彗星实际上已经向远离地球的方向飞行了8分钟,现在它与地球的距离可能是20000万千米或者30000万千米,总之,在我们看到它的时刻,它已经早就不在14960万千米的位置上了。
我们知道了由于叠加效益,距离地球越远的天体,它与地球之间相互远离的速度就越快,所以在138亿光年以外的地方,天体与地球远离的速度已经超越了光速,所以当我们看到一颗距离我们138亿光年的恒星时,这颗恒星已经因为空间膨胀的关系,到达了距离我们465亿光年的位置,这就是可观测宇宙半径的由来。而在可观测宇宙半径之外,则是我们永远无法看到的区域。