光速是宇宙最快速度,爲什麼哈勃太空望遠鏡能觀測到137億光年以外的空間?

樂淘筆記


我告訴你,因為光速的原因,你哈勃望遠鏡看到的並不是現在的樣子,而是光137億年以前的樣子。就這麼簡單。


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關於這個問題,確實有不少人存在著疑惑,其實這都是源於概念上的誤解。首先,根據狹義相對論,真空中的光速是宇宙中最快的速度,這點沒錯。距離我們137億光年的地方,光需要137億年才能到達,這點也沒錯。概念弄錯的地方在於哈勃太空望遠鏡怎樣觀測到遙遠的星光。

哈勃不是通過發射出視線飛到遠方,再飛回來,然後看到遙遠的星系(或者其他天體)。而是星系發出的光穿過宇宙空間到達地球,哈勃接收到了這些光,所以才能看到遙遠的星系。根本就沒有視線這種東西,也沒有視覺超過了多少倍的光速,這些都是錯誤的概念。無論是哈勃太空望遠鏡也好,還是人的眼睛也好,之所以能夠看到物體,都是因為物體發出的光(或者反射的光)進入瞭望遠鏡或者眼睛之後進行成像的結果。

目前,哈勃觀測到最遙遠的星系位於131億光年之外,這意味著這個星系在131億年前就已經存在,它在當時發出的光穿過了浩瀚的宇宙空間,經過131億年的漫長旅行之後終於抵達地球,然後被哈勃捕捉到。因此,哈勃看到的是這個星系在131億年前的樣子。

我們知道,宇宙誕生於138億年前,這意味著我們最遠只能看到距離地球138億光年(光速乘以時間)之內的星系。因為隨著宇宙的膨脹,位於138億光年之外的星系遠離我們而去的速度已超過了光速,它們現在發出的光不再會進入我們的視界。事實上,整個宇宙的直徑達到了930億光年,這意味著很大一部分的宇宙是我們永遠也無法看到的。


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首先,哈勃太空望遠鏡能觀測到137億光年以外的空間,並不是視覺比光速快。視覺本來就是光作用於視覺器官。

目前大眾的常識是光速是宇宙最快的速度,並且光的速度是固定的,:c0=299792.458km/s (一般取300000km/s),並在物理計算時,將其作為固定常數。137億光年外的空間,就是光走了137億年到達哈勃望遠鏡可見區域。那麼,哈勃望遠鏡其實觀測到的是一些星系137億年前的狀態。所以,官方公佈的哈勃望遠鏡的探索成果,也是說“哈勃望遠鏡觀測到的目標中最遠的是137億光年的原始星系,這些星系的發出光芒來自大爆炸後剛剛形成的宇宙早期。”

官方認為哈勃望遠鏡證明了大質量黑洞在宇宙中普遍存在,而且觀測到宇宙膨脹的精確數據,並推測宇宙的年齡為138億年。此前宇宙膨脹一直只是個理論假設,現在也逐漸有天文數據進行證明。

其次,光速是不是固定不變的,還有爭議。如果光速並不是固定不變的,則天文學家認為能觀測到137億光年以外的空間,也不一定準確。目前學界的觀測推測都建立在愛因斯坦的光速極限理論上。

其實,科學界也有理論認為,光速並不是固定的,而是可變的,但是這個理論備受爭議。愛因斯坦在1912年論文中總結“光速恆定原理僅在引力勢能恆定的特定時空區域中成立”,但是在推導中發現不正確,1919年放棄了光速可變理論。後來有物理學家發明了模型,證明光速在溫度不同、引力不同的地方,速度可能會變化。當然,他們還沒能夠接受測試,證明其理論的正確性。如果未來得到驗證,可能愛因斯坦的引力理論就被推翻。那時,根據哈勃望遠鏡的天文數據推測的結論還會發生變化。

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鎂客網


我估計您的疑惑是:既然宇宙的年齡是137億年,那麼宇宙中最遠的天體離我們就應該是137億光年,那麼我們就不應該看到137億光年(注:光年是距離的單位,是光一年跑的距離)以外的宇宙,無論用多麼厲害的望遠鏡都不行!但是怎麼有報道天文學家觀測到了距離比137億光年還遠的天體的輻射呢?


其實您考慮的不錯,我們的確不應該而且也的確沒有觀測到137億光年以外的空間,當然也不會觀測到那裡的輻射。真實的情況是,目前天文望遠鏡所看到的最遠的天體的輻射就是宇宙大爆炸殘餘下來的宇宙微波背景輻射,紅移是大約1000。根據目前的宇宙演化模型可以計算出來,大爆炸發生的時間大約是137億年之前,也就是說,我們看到的輻射產生的地方距離我們137億光年。因此我們的確沒有觀測到過比137億光年還遠的天體的輻射。


但是,由於宇宙一直在膨脹中,而距離我們越遠的地方其膨脹“速度”(其實是空間膨脹的紅移--請看我剛剛回答的另外一個問題:奇想宇宙膨脹到超過光速會怎麼樣?)就越高,所以在宇宙微波背景的光產生之後向我們傳播的過程中,宇宙還在膨脹中。這些輻射傳播了137億年,宇宙就膨脹了137億年,產生我們看到的宇宙微波背景的那個地方現在距離我們已經是大約500億光年了,因此我們也可以說看到了500億光年遠的宇宙空間的天體發出的光!


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張雙南


在專業人士看來,題主這個問題可能有些莫名其妙,但我卻理解題主的思路到底是什麼,因為我遇到過蠻多人有類似的問題。實際上,由於光實在是太快了,所以大家通常都意識不到,自己當前看到的事情其實並不是現在正在發生的事情。舉個例子來說,你看到一輛車撞到了一根柱子,你當然會認為自己看到這件事的一瞬間,車正好撞到了柱子。實際上,光的傳播是需要時間的,這就意味著一件事情首先發生,然後才被光以攜帶信息的方式傳進了你的眼睛裡。這就說明,我們看到的其實並不是實時的畫面,而是有一定延遲的。這個延遲在日常生活中完全感受不出來,所以題主才會有類似的疑惑,誤以為我們看到了137億光年外空間中正在發生的事件。

但是隻要宇宙距離稍微大一點,光速的限制就會展現的淋漓盡致。舉個例子來說,太陽發射出來的光要經過八分鐘左右才能夠到達地球,這就是說,我們看到的其實是八分鐘之前的太陽,而不是當下的太陽。其實都不需要太陽的距離,我們就能感受到這種延遲效應了,比如國內遊戲用戶如果登錄位於北美或歐洲的服務器,那麼延遲往往比位於國內的服務器要大一些,這是因為信號通過光纜的傳輸,是需要時間的。

回到題主的這個問題,其實我們看到的是137億年前發生的事情。當然了,這個回答中並未包含宇宙膨脹的內容,那就是另外一個有趣的話題了。


看風景的蝸牛君


看題目以為題主問的是,宇宙年齡只有137億年,為什麼可以看到137億光年外的天體,因為可觀察宇宙半徑465億光年了。

但再看一下描述,原來題主問的是137億光年外的光即使以光速都要137億年才能到達,為什麼哈勃一轉過去就看到了😂

原因很簡單,因為哈勃看到的光並不是,哈勃轉過去的時候才開始跑過來,而是137億年前就開始跑的,它已經跑了137億年了,哈勃轉過去的時候它剛好跑到哈勃面前。這個問題想不通是因為犯了一個與掩耳盜鈴類似的錯誤,以為我不看世界就不動了,我看的時候它們才急急忙忙發光砸我的眼睛_(:D)∠)_

然而事實上無論你看不看,137億光年外的光子在137億年前就已經發貨了,包郵哦,你看,你就看到,你不看,就看不到┐(´-`)┌

隨便說一下看到超過137億光年問題,可觀測宇宙半徑465億光年是表示我們理論上能看到的最遠的發光天體目前離我們已經465億光年了。而我們看到的這最遠天體的光實際上是137億年前發出的(實際上現在宇宙年齡大約138億年了,不過不用在意這些細節=_=),這137億年裡它正慢慢遠離我們,而它之後發的光現在我們還看不到,所以我們實際上看到的還是隻有137億光年。(◔◡◔)


星宇飄零2099


答:因為在哈勃望遠鏡中,看到的100億光年處的景象,是100億年前的樣子,並非此時此刻的樣子。


光年屬於距離單位,大小等於真空中的光傳播一年的距離,約9.46萬億公里。



哈勃望遠鏡能看到100億光年遠的景象,那是因為該景象發出的光線,已經在空間中傳播了100億年的時間才到達地球,然後被哈勃望遠鏡接收到。也就是說,哈勃望遠鏡中看到的其實是100億年前的樣子。


以上是恆態宇宙中的情況,科學家已經證實,我們宇宙處於加速膨脹當中。

所以,考慮宇宙膨脹效應的話,哈勃望遠鏡中看到的138億年前的景象,目前的實際距離已經是465億光年了。



這也是我們宇宙年齡只有138.2億年,但是可觀測宇宙的實際半徑卻有465億光年的原因。


又如:我們睜眼就能看到太陽,而太陽距離地球8.3光分;所以,我們看到太陽的樣子,其實是太陽8分鐘前的模樣。




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艾伯史密斯


光速是宇宙最快速度,為什麼哈勃太空望遠鏡能觀測到137億光年以外的空間?

很簡單的一個問題,無論是CCD還是人的眼睛,都可以看作是一個被動接受光子的設備,從遙遠距離外的光源發射的光子到了接收設備裡轉成了電信號或者生物電信號,處理後才能被我們看到,如果137億光年外,其實不用那麼遠,就伸手不見五指的黑夜裡,就是前面有一個糞坑你也看不到......!!

這是人眼看到物體的原理,如果那棵樹不發射和反射任何光線,而且外界也沒有任何亮光,你要看到了那真是見鬼了!

137億光年外的天體所發射的光線,在137億年前就出發了.....當然現在還沒有觀測到137億光年外的天體,最遠的也是136億光年左右,而且還是射電望遠鏡觀測到的,可見光波段也就只觀測到了134億光年左右!

它們經過漫長的旅途,然後到了哈勃望遠鏡的主鏡反射經過副鏡在經過稜鏡,修正鏡....最後到達CCD上激發了一個電信號,當然這還不夠,因為如此距離外的光子太少了,需要經過長時間的收集才能有足夠的電信號成像.....需要提醒一下的是哈勃極深空場的累積曝光時間長達50天!!

這就是哈勃極深場,每個光斑都是一個星系,而這個區域的大小如下圖

看上去沒有任何東西的區域裡,長時間曝光之後居然有如此海量的星系,可想而知,我們的宇宙中有多少未知的星系存在!

還有一個要提醒下的是,哈勃看到的是目標天體上百億年前發出的光子,現在那個天體可能已經不在了,但即使要在的話,你得等上百億年後才能看到現在發出的光!你的眼光很厲害是吧....但你也得等上百億年............!!


星辰大海路上的種花家


我們可以用其它的事例來解決這個問題,題主你會覺得一目瞭然,有時候遇到感到困惑的問題時,不妨換個角度思考一下。

平時生活中用到的水龍頭,我們一打開就一定會出水,除非停水了,水源距離我們那麼遠,為什麼也是一打開開關就會出水呢?

站在山澗的小瀑布底下,如果把上層的水流堵住,你站在瀑布底下,是不是需要過上那麼極短的時間才會真正停水了?

道理都是差不多的,只需要理解什麼是“源源不斷”就行了,光線不是超距傳輸,它也是有速度的,哈勃能看到137億光年外的地方不奇怪,這些光線在宇宙中傳播了許多年已經來到了地球這裡,我們只需要收集這些光即可。

就好像之前的比喻一樣,只要源頭不斷,那麼光線就會源源不斷的傳到地球上來,但是呢,由於宇宙膨脹的影響,光源肯定已不在原先的位置上了。

光線用量子理論來描述它,就是由光子組成,同時光也是一種波,所以光線是物質性的,而題主產生的這種疑問正是遺忘了它的物質性。


一枚遊戲科幻迷


題主的問題解釋讓我莫名覺得好笑。用哈勃望遠鏡為什麼能看到137億年之外的空間,而且是一瞬間就看見了?所以這樣你的眼光的速度就超光速了?


光速是宇宙中最快的速度,這當然沒有錯。但是為什麼用哈勃望遠鏡能夠一下就看到137億年之外的東西呢?這源於一個誤解,一個思維慣性帶來的誤解。我們總是習慣地的說“看見了什麼”,看什麼這被當做了一個主動去做的事,但是與其說我們看見了什麼,倒不如說什麼進入了我們的眼睛這樣才更形象。因為我們的眼睛本身並不發射光,我們能夠看到什麼物體,首先是因為物體能夠反射光,其次反射光進入了我們的眼睛才能被我們看見,這樣我們才說看見了什麼。假如在一片漆黑的地方,你覺得你還能看見什麼嗎?人類是這樣的,但是對於某些動物,比如說貓,狗等一些具有夜視功能的動物,它們能看見東西,可以有主動權,在夜晚的時候,它們的眼睛可以發射光,光打到什麼物體上然後反射回它們的眼睛就可以被看見,而這種功能恰恰是人類所不具備的。


哈勃望遠鏡能夠看到什麼物體,當然不是因為它可以發射出光線,和人類一樣的是,它能夠接收到來自多遠的光線,它就可以“看”到多遠。137億光年外的光線傳到地球上需要137億年的時間,在這個過程裡,隨著傳播距離的增加,地球能夠接受到的光子的數量越來越少。用一句通俗的話來說,我們看到的宇宙,其實是在看它的過去。137億光年這麼遠的距離,最終能夠傳到地球上光子的數量少之又少,雖然我們可以說哈勃望遠鏡看到了137億光年之外的空間,但是這個看的過程也並不是想當然地一瞬間就可以完成,通常需要幾天的時間接受到了足夠數量的光子才能夠顯示完整的圖像。至於這個圖像上的東西,現在還在不在就說不定了。


這裡所說的137億光年,是我們能夠看到的宇宙最遠的距離,但是實際上宇宙是加速膨脹的,其半徑大約在450億光年,目前我們看到的137億光年外圖像,已經膨脹到了距離我們450億光年外的地方。未來隨著宇宙的膨脹,我們還可以看到更遠的地方。


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