根据爱因斯坦相对论,任何物质都不能超过光速,为什么还会有宇宙膨胀速度超过了光速的说法?

陈远山2


正是埃德温·哈勃(1889年-1953年),一位美国天文学家,通过测量一些遥远星系的红移,观察到宇宙正在膨胀。当他测量它们的相对距离时,发现遥远星系的红移随着距离的增加而增加。对这一现象的唯一解释是宇宙在膨胀。这被称为哈勃参数。对这一参数的最佳测量结果是68公里每秒每百万秒差距。



自从1929年这一发现以来,科学家们一直试图更准确地测量宇宙的膨胀速率-哈勃常数。到2012年,NASA的斯皮策太空望远镜已经做出了有史以来最精确的测量,它是74.3±2.1公里每秒每百万秒差距。但是,最新的报告说宇宙膨胀的速度比天文学家先前认为的要快5%到9%。

目前哈勃常数的精确值是每秒73.2公里每秒每百万秒差距。因此,宇宙每百万年扩展0.0073%。换个角度看,宇宙物体之间的距离应该会在98亿年后翻倍。

这是一种公认的理论,即宇宙不是有限的,它没有一个“中心”,星系从各个方向加速。更恰当的方法是,“空间”在膨胀,所以星系之间的距离在扩大,而星系本身却没有。本质上,不同的星系以不同的速度相互运动。星系距离越远,它们分开的速度就越快。如果哈勃常数是73.2,那么在超过4百万秒差距的距离上,星系的后退速度似乎比光速要快得多。


因此,宇宙膨胀的速度确实比光速要快,也许更令人惊讶的是,天文学家现在能看到的一些最遥远的星系正在以比光速更快的速度离开我们!由于它们的巨大速度,这些星系可能不会对我们永远可见。它们中的一些现在正在发出它们最后一点的光,它们将在几十亿年后到达我们的视野中。在那之后,我们将观察到他们冻结和褪色,之后永远不再被看到。

然而,“宇宙膨胀的速度快于光速”的说法被误解了。如前所述,是星系之间的空间在伸展。相对论没有被违反。我们需要明白,现在(在我们观测时)遥远星系的真实运动对数十亿年前发出的光没有任何影响。换句话说,在发出光的时候,星系的移动速度并不比光速快,因此,当星系离开我们的时候,光能够向我们移动。因为我们知道最远的物体后退得最快,所以我们可以看到,在发出光之后,星系离开我们的速度比光线所处的位置要快,而且这种差距只会随着时间的推移而增大,而星系和发出的光之间的距离也在不断增加。因此,我们很容易就会遇到这样一种情况:即星系不断地以越来越快的速度移动,最终达到并超过相对于我们的光速,而它在数十亿年前发射的光以每秒299,792,458米的速度到达我们。



你可能会感兴趣的是,哈勃太空望远镜计算了一个遥远星系的距离。这个星系名为GN-Z11,仅在宇宙大爆炸后4亿年即133亿年前存在,这意味着科学家们正在“看到”130亿年前的星系。然而,它现在的实际距离是320亿光年,用11.10的红移来计算。这几乎相当于光速的0.99%。


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趣味说


确实是这样子,爱因斯坦的狭义相对论限定没有什么东西的速度能够超过光速,而“空间”正是“没有什么东西”,所以宇宙膨胀速度可以超过光速。关于这一点,需要明白宇宙膨胀究竟是怎么回事。

宇宙空间的膨胀不是从某一个点开始,其中物质在空间中超光速运动。事实上,宇宙空间无处不在膨胀。由于空间膨胀的叠加作用,这就会导致空间中两个物体的距离被拉远,并且本身距离越远的物体被分开的速度也会越快。

想象一下,如果现在有个物体距离我们1米,经过1秒之后,由于空间膨胀,使得我们与这个物体的距离增加到2米,所以这个物体的退行速度为1米/秒。同样的道理,如果有个物体最初距离我们100万公里,由于空间膨胀的叠加效应,经过1秒的空间膨胀后,这个物体与我们的距离增加到200万公里,这意味着这个物体的退行速度为100万公里/秒,远远快于光速。

因此,空间膨胀的速率与距离有关,距离越远,速率越快。如果按照目前的哈勃常数(70 (km/s)/Mpc)来计算,当距离大于140亿光年时,空间膨胀的速率会大于光速。再过10^18秒,即大约320亿年之后,宇宙的尺寸将会膨胀为现在的两倍,那时的可观测宇宙半径将会达到930亿光年。

至于狭义相对论所说的速度是一种局域速度,相对于静止的背景空间,物体的运动速度是无法超光速的。因此,由空间膨胀引起的相对运动是可以超光速的。


火星一号


  • 有静止质量的物体速度极限达不到光速;


  • 能量和信息的传递速度超不过光速C。

宇宙膨胀的是空间并不是物质,换一种说法是宇宙膨胀超光速并不是狭义相对论中的速度。并不违反相对论。


宇宙膨胀其实较难理解,它并不是简单的天体或者星系在相互远离。宇宙膨胀速度也并不是简单的星系退行速度。宇宙膨胀是整体空间的膨胀,宇宙年龄是137亿年,而可观测宇宙半径达到460光年。距离我们越远的星系或者天体退行速度越快。宇宙膨胀就像是吹气球,气球上的点点就是哥哥星系,随着气球体积的增大,点点的相互远离的速度就越快。可想而知,当距离足够远的时候,相互远离的速度是可以超光速的。

之前回答过一道题,说假如虫洞存在,穿过虫洞瞬间到达遥远的地方,速度超光速。其实跟本题有异曲同工之妙,以两点间距离除以时间得到的速度确实是超光速,但是假如是真的通过虫洞那么它的距离就不能按照两点间长度来算。回到本题宇宙膨胀是空间各个点都膨胀,我们看到的表象或者是结果是星系可能超光速退行,其实质上是空间的膨胀放大,它跟常规意义上的空间不变,星系的运动速度是两种概念。

根据我自己的理解我再举一个例子,假如人体有一种极限就是极限速度10m/s,任何人都超不过,但是如果把他放在传送带上,就可能超过10m/s同时并不违反人体极限速度。这个例子可能不正确,请谨慎思考。

结论:相对于观测者在局部的惯性系中,经过其领域的有静止质量物质不能达到光速。而宇宙膨胀的是空间本身,其速度超光速不违反狭义相对论。

引用网上看到的一句话:光速是因果性传递速度的上限,但是宇宙膨胀不具有因果性传递。

以上就是我的简单回答,欢迎关注点评。


科学黑洞


首先弄清楚为什么说光速是速度的极限,其实爱因斯坦所说的光速无法超越,是一个有静止质量的物质无法达到光速,因为当一个有静止质量的物质会随着运动速度的增大而增加,那么达到光速他的动能将会无穷大,而质量与能量是等价的,既然动能无穷大,其质量也会无穷大,显然这是不可能的,这就是为什么说任何物质都不能达到光速了。


而光为什么会可以呢?因为光静止的时候是没有质量的,它只有动量。也就说在运动过程中他才有质量,所以光速达到了速度的极限值。

而宇宙膨胀和这个就不同了,宇宙膨胀其实就是空间的膨胀,空间膨胀并没有携带质量与信息,显然它与爱因斯坦的相对论并不违背。


宇宙探索未解之迷


相对论所规定的物质速度不能超过光速和宇宙膨胀速度超过光速并不矛盾。



首先,宇宙不等同于物质,宇宙是时间和空间的总和,即包括时间,也包含空间。你总不能把一个具有时间属性和空间属性的东西称之为物质吧?

所以,首先从宇宙的定义就可以知道,宇宙膨胀速度不在相对论讨论的范围之内。相对论研究的是宇宙体系下各种物质的速度,而不是去规定宇宙本身的性质。



其次,从相对论的起源来看,它是基于光速不变原理而推倒出来的。而光速为什么不变,为什么刚好是299792458m/s,而不是49999999m/s,或者是12345679m/s。没人能够解释。我们只知道我们的宇宙从爆炸后,就神奇的规定了光速的值就是这么多,且永远不会变。这就是我们宇宙的根本属性之一。如果宇宙大爆炸时奇点的属性不同,可能就会产生光速不是299792458m/s的宇宙,且光速还会变。这时候,相对论就得修正一下了。

所以,相对论是基于特定宇宙属性下(光速不变)推出的一个理论,它不能反过来去规定宇宙的属性,而是宇宙的属性(光速的性质)规定了相对论的形式。而宇宙膨胀的速度,就是宇宙自身的一个属性,可能和奇点的状态相关,相对论无法去研究。你把宇宙膨胀速度套用的相对论上面,就类似于你用相对论去解释光速为什么不变吧,这一听就不合逻辑,是自相矛盾的。



另外,相对论定义的速度,是物质在一个参考系内单位时间移动的空间距离。而宇宙,你如何定义这个距离?因为宇宙没有一个参考系。

所以,宇宙膨胀速度更本就不能用相对论去研究,也不会违法相对论。

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PhD肖


其实第一条回答是正确的,但是有人不能理解。我就举个例子:

小兔子在兔子星球快乐的生活着。兔子星球满是茂密的青草。兔子教授说,没有物体的速度可以超过100m/秒,原理是当速度越大,草的阻力越大,当物体速度大到一定程度时就会形成一种平衡,也就是你动力再增加,速度却无法提升。有一天,人类探险家王二小来到兔子星,小兔子们热烈欢迎,并派遣出兔子教授向人类学习知识,王二小坚定的认为宇宙最大速度是光速,兔子🐰教授却怀疑这个外星人👽是个冒牌货。然后王二小说兔哥哥,那要不我带你坐一次我们的亚光速飞船。兔子教授想了想“像我这样精的跟猴儿一样,应该吃不了亏。没准还能学他一两条重要物理知识”。然后兔子教授就跟王二小上了飞船。

飞船“嗖”的一声就飞到了地球,兔子教授惊叫“我靠,原来我都是错的,或者是我所感觉到的嗖的一声其实已经过了数万年?”

王二小很无奈,回到地球就把兔子教授交给了后厨。

可是,当班的厨子他二大爷过六十大寿,溜班走了,只剩下小徒弟王二丫。话说这王二丫并不会做红烧兔头,只好悄悄点了一份美团外卖。

但是,兔星探险团表彰大会上,政委参谋王中王祖上可是有名的川菜厨子,据说给乾隆皇帝做过兔头,家里至今还有一件带补丁的黄马褂。当这道红烧兔头端上来的时候,王中王政委微微一笑,目光斜盯着王二丫,王二丫心脏蹦蹦跳。只见王中王教授开口说了一个字:这就不是正宗的佛山长耳兔!

话音一出,王二丫差点尿了裤子,好在王二小是她的姑妈的小舅子的同学的父亲的二姨太的健身教练的客户,王二小立马接过话:王政委好厉害,这是取自tur star ,用法国巴黎专做兔肝技法酿制的82年兔头,果然不愧是祖传灵秀,厉害👍。王中王摆摆手,这不算啥,不算啥。

话不多说,头条有限,酒过三巡,各回各家,各找各妈。唯有小徒弟王二丫悄悄留了下来,她躲在厨房的角落,悄悄的从垃圾桶里翻出已经被她练手试刀砍坏的兔子教授。但是那一对长耳却保存完整。王二丫好奇的把那对兔耳朵待在了头上。顿时她感觉热血沸腾,气脉翻涨。眼睛变红似火,心里一种贪婪之气仿佛暴涨了万倍
。只见她纵身一跃,冲破屋顶。在浩瀚的夜空中,映着硕大的满月,极速跳跃于城市的楼林,直到....作者的粉丝超过100个


默罕默德阿加西


速度是相对的,超过光速是正常的,但这和相对论并不矛盾,之所以很多人理解不了,并不是理解力的问题,而是很多科普文章断章取义,搞得大家很神秘。今天,我用很多人能理解的方式来解释这个问题。

第一,比如宇宙膨胀的速度就是大于光速,太阳朝相反方向发射的光,两者之间的速度也是超光速,同样,站在地球上的你我,相对于宇宙膨胀的速度也可能是超光速。按照很多人的理解,那岂不是你我的质量要无限大,显然这是错误的。

第二,相对论并不反对速度超光速,它反对的是通过施力加速的方式,无法达到光速。相对论成立有个前提,即等效原理,可以理解为物体受到的力的效果,等同于物体做加速度的效果。同时,力的传播也是有速度的,最快为光速。理解了这两点,就可以理解为什么说物体达不到光速。因为力的传播也是有速度的,当物体速度越快,物体加速效果就会越小,假设物体达到了光速,这时力的效果传递也是最快,达到光速,那么此时,力对物体的加速效果为0,即物体不可能超越光速。这也能理解,为什么此时物体的质量无限大,并不是此时物体增加了物质,达到了无限大(难道比已知宇宙的质量还大吗,这显然是悖论),而是无论多大的力施加给它,加速度的效果都趋近于0。


阿甘166013002


好比方说,人类在地球表面上奔跑,一般博尔特那个冲刺速度差不多就是极限了。最快四十多公里一小时吧,目前人类冲刺很难达到50公里一小时的。

可是如果地球本身在飞速膨胀,博尔特和你面对面站着不动,你们之间拉开的距离就超过50公里每小时了。

宇宙空间膨胀导致星系间远离速度超过光速,大概就是这样的吧。


奇葩革命


宇宙中可能唯一没有质量的物质是空间了!爱因斯坦指出的是有质量的物质运动速度无法超过光速,而宇宙空间恰恰是没有质量的物质膨胀,所以空间膨胀超过光速当然也就不奇怪了。这也证明了,光速有极限,光子一定是有质量的。


13995093251


相对论关于有静止质量的物体运动速度不可能超过光速,是有条件的,它就是物质运动有信息,能量的传递。而宇宙各星系团因膨胀超光速,星系团之间无能量信息传递,只是距离的加大,这与相对论不违背。


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