宇宙中存在着年夜量的星系,我们能不雅测到的数目估量为2万亿个°比来的河外星系离银河系只有几万光年,最远的河外星系位于上百亿光年以外°在这些星系中 ,它们的光谱年夜都显示出红移,并且距离越远红移值越年夜°这意味着河外星系都在远去,并且距离越远,阔别速度越快°

  假如河外星系离银河系足够远,它们的退行速度乃至可以跨越光速°但是,爱因斯坦的相对论又指出,任何速度都不成能跨越光速°那末,星系的退行速度是若何超光速的呢?为何如许的超光速又没有与相对论相违反呢?

  狭义相对论:光速若何不成超出?

  相对论是大师喜好谈论的一个话题,但这个理论很轻易被曲解°宇宙中确切存一个最终速度,那就是真空光速c°并且一旦物体有静止质量,光速都不成能到达,更不消说超光速,只有静止质量为零的工具才能以光速活动°

  

 

  需要留意的是,我们凡是在谈论速度时,都是指物体相对局域静止空间的速度°但假如两个物体处于分歧的空间坐标,在谈论速度时就需要留意一个要害的身分——时空自己的曲率和演变,这是广义相对论所会商的范围°

  狭义相对论的合用规模是静态且没有曲率的平展空间,但在实际中,宇宙中布满了物资和能量°在物资和能量存在的环境下,时空布局会跟着随时候而转变,致使空间位置产生了转变°

  

 

  在诸如恒星如许的年夜质量天体四周,空间会被曲折,处在这类曲折空间中的物体就会加快接近该年夜质量天体,从而表示出引力效应,这就是广义相对论对引力的注释°即便物体没有相对空间布局自己存在活动,它也会跟着空间布局的转变而产生活动°空间就像一条传送带,即使传送带上的物体是不动的,但活动的传送带会带着上面的物体一路活动°

  广义相对论:星系可以超光速退行

  按照广义相对论,在一个各向同性且平均的宇宙中,时梦想要连结静态是不成能的,宇宙要末在坍缩,要末在膨胀°但爱因斯坦一最先不答应如许的工作产生,他在这个理论中引入了宇宙学常数,以保持时空静态°

  

 

  在20世纪20年月,哈勃对星系的光谱做了详实研究°成果发现,宇宙中的星系其实不是一半蓝移一半红移,而是几近都在红移,只有银河系四周的少数星系呈现蓝移,这注解星系根基上都在阔别银河系°

  按照多普勒效应,光源在逐步阔别而去时,光的波长会变长,这会致使呈现红移°不外,星系的红移并不是是狭义相对论的那种局域活动引发的,由于还有一个更主要的纪律,这会让星系以超光速退行°

  哈勃定律

  星系不但年夜都在退行,而去退行速度(v)还会跟着距离(D)的增添而线性增添,这个关系现在被称为哈勃定律,比例系数被称为哈勃常数(H0)°

  

 

  独一可以或许注释哈勃定律的事实是空间本身正在膨胀°假如把气球概况比作空间布局,气球上的点比作空间中的星系°那末,当气球膨胀时,气球上的点就会随之被相互推开°不管从哪一个点看来,其他点都在退行,并且距离越远的点退行速度越快°是以,只要距离足够远,星系之间的空间在单元时候内膨胀足够多,就会致使星系之间以超光速退行°

  空间膨胀速度有多快?

  今朝,哈勃常数的丈量值大要为70千米/秒/百万秒差距°百万秒差距是天文学上所利用的长度单元,1百万秒差距暗示326万光年°哈勃常数注解,假如两个星系的距离为326万光年,那末,空间膨胀会让它们以70千米/秒的速度相互阔别,其他距离以此类推°

  照此来算,当两个星系的距离到达140亿光年之时,空间膨胀会让它们相互分隔的速度到达光速°假如距离跨越140亿光年,星系的退行速度就会年夜于光速°值得再次强调的是,这其实不是星系在空间中真的以超光速活动,而是由空间布局的膨胀所引发的,这与相对论中的速度概念完全不是一回事°

  

 

  因为宇宙不竭膨胀,我们所能不雅测到的最远星系GN-z11此刻已退行到了320亿光年以外,它今朝的退行速度是光速的2.3倍,这是今朝已知退行速度最快的星系°它此刻发出的光永久也没法抵达地球,所以我们不成能不雅测到此刻的GN-z11°

  即使将来可以或许制造出很是进步前辈的天文千里镜,不雅测到最为遥远的宇宙,但绝年夜大都星系都没法被我们不雅测到°将来,我们只能不雅测到此刻距离银河系不跨越140亿光年的星系,由于它们今朝发出的光颠末足够长的时候以后,终究还能达到地球°