“如果你覺得一切都在控制之中，那說明你的速度還不夠快”。——馬里奧·安德烈蒂

宇宙膨脹、相對論和暗能量之間有著十分密切的聯(lián)系，它們共同導致了一個結果，也是我們經(jīng)常會感到最不可思議的一個現(xiàn)象，你肯定也想過這個問題，是這樣的：

眾所周知，宇宙是以遞增的速度在膨脹，簡單說就是，離得越遠，膨脹速度越快。那要這樣說的話，豈不是膨脹的速度會超過光速？如果真的是這樣，這難道不會與愛因斯坦的理論相矛盾嗎？

今天要說的就是這個問題，一個看似矛盾的問題！

讓我們從光速開始，先了解接近光速后意味著什么。

無論在宇宙的什么地方，無論是什么樣的物質，在空間中移動的速度都有一個絕對的限制。也許你會認為只要通過消耗越來越多的能量，就可以讓自己的獲得更快的速度……話雖沒有錯，但這句話只在一定程度上是正確的。如果你的移動速度只有幾米/小時，或者幾公里/小時，甚至是幾公里/秒，就跟地球繞太陽公轉的速度一樣！在這樣的速度下，我們根本不會注意到想要以無限速度移動存在的障礙。

根據(jù)相對論，在空間中移動的越快，在時間中的移動的就越慢（時間也是一個維度）?，F(xiàn)在想象一下，你在地球表面處于完全靜止的狀態(tài)，你的一個朋友一開始跟你一樣也是靜止的，然后他乘噴氣式飛機開始環(huán)球飛行。在你和你的朋友分開之前，你們同步了手表，并且將時間精確到了微秒。

如果你們的手表足夠靈敏，當你的朋友完成旅程回到你身邊時，你們的手表就會出現(xiàn)稍微的偏差。你的手表顯示的時間會比你朋友的手表顯示的時間要快一些，可能只有幾十微秒的差異，但這個差異只要通過精確的測量是可以分辨的。并且移動得越快，差異就越明顯。

國際空間站（International Space Station）上的宇航員在短短90分鐘內就可以繞地球一圈，在我們地面上的人看來，它們的時間會比我們慢幾秒；即使是使用傳統(tǒng)的計時器（電子表、機械表），所經(jīng)過的時間也會有明顯的差異。傳統(tǒng)的計時器為什么也會變慢呢？別忘了，一些都是由量子構成的，而物質的運動變化，都有由基本力作用的。例如：你用手拿起一個東西，這個力怎么來的？說到底這就是電磁力在起作用，而光子傳遞電磁力變慢了，你的動作相應也會變慢。

所以說，高速狀態(tài)下時鐘不同的運行方式，是因為時間本身在以不同的速度流逝。而時間的相對變化正是因為移動速度讓傳遞力的微觀粒子的運動路徑發(fā)生了變化。下圖：

時鐘在高速運動狀態(tài)下運行的更慢，這只是時間和空間相互聯(lián)系的一個結果，在空間中更快的運動意味著在時間中的運動更慢。時間和空間之間的速度變化是通過光速來聯(lián)系的。你看，傳遞相互作用力的粒子最快的速度就是光速，而你的運動速度越接近光速，那么傳遞力的時間就會無限延長，而你的時間就會靜止。想一想，你身體內的相互作用力都傳遞不下去了，你的生命、新陳代謝是不是就變得無限慢。

這也是為什么μ介子，一種平均壽命只有兩微秒的不穩(wěn)定粒子，可以在大氣層頂部以接近光速的速度產(chǎn)生，并能一直到達地球表面。這是一個大約100公里的旅程，然而，如果它僅僅以30萬公里/秒（光速）的速度移動2.2微秒，它只能穿過0.6%的路程，然后就衰變了。但μ介子之所以能夠到達地球表面（如果你伸出手，每秒鐘大約有一個介子穿過你的手掌）正是因為相對論的這種時間變慢效應。

那么膨脹的宇宙呢？為什么可以超光速？

要知道，如果我們觀察一個星系，平均來說，星系離我們越遠，它遠離我們的速度就越快。室女座星系團中的星系，大約有5000萬到6000萬光年遠，平均以1200公里/秒的速度遠離我們；后發(fā)星系團中大約3.3億光年遠的星系，正以每秒7000公里的速度遠離我們。

我們看得越遠，這些星系和星團后退的速度就越快。當然，由于局部運動和附近引力的影響，存在數(shù)百甚至1000公里/秒的微小變化，但在最大的尺度上星系確實是在加速遠離我們。這一現(xiàn)象最早是由埃德溫·哈勃本人在20世紀20年代發(fā)現(xiàn)的，由此產(chǎn)生了哈勃定律，即宇宙膨脹定律。利用我們所掌握的最先進的現(xiàn)代觀測資料，這一定律在各個方向上延續(xù)了數(shù)百億光年。因此是絕對沒有錯的，確實在加速膨脹。

那光速呢？

這道無形的屏障（阻止所有形式的物質以光速運動）會阻止星系后退的速度嗎？當一個星系越接近光速時，時間會漸近并停止流逝，永遠被禁止以低于零的速度流逝，否則這些星系的時間會倒退？

這里漏掉了一個重要的問題。光速作為一種極限，只適用于空間中同一位置上相對運動的物體。

相對論，一定要記住“相對”這個詞！沒有“相對運動”就沒有相對論，更沒有光速限制。當你的朋友乘飛機離開時，他們的手表會稍微慢一點，那是因為你們在同一個地方又見面了。當宇航員返回地球時，慢了幾秒鐘，那是因為你們在同一個空間區(qū)域。即使是μ介子，以接近光速的速度運動，這也是相對于地球上的參照系在運動，這就是為什么它的影響是可見的原因。

但是在遙遠的宇宙中，這些星系根本就沒有移動。相反，是它們之間的空間在膨脹，但是單個星系本身相對于附近的空間是靜止的。

那我們是怎樣知道星系并沒有動，只是中間的空間在膨脹？

我們可以做一個測試：通過觀察這些遙遠星系，并測量它們的紅移和它們的距離，可以對照相對論的預測，檢查它們是在極遠的距離上是如何移動的。

首先了解下相對論有兩種形式：一種是狹義相對論，它存在于平坦的靜態(tài)空間中，只有物體通過空間和時間的運動；另一種是廣義相對論，空間本身隨著時間的推移而演化或收縮，物質和能量決定了時空的曲率。

以下是這兩種預測的不同之處。

紅色虛線代表了星系自己運動的距離和紅移的關系，黑線代表了空間膨脹下，星系距離和紅移的關系！事實證明，我們的觀測結果絕對支持廣義相對論的空間膨脹解釋，完全排除了空間是靜態(tài)的解釋。

總結：宇宙的加速膨脹對未來意味著什么？

當我們把所有東西放在一起，即使在我們的宇宙中加入暗能量，這對我們膨脹的宇宙意味著什么？

這意味著隨著時間的推移，遙遠星系發(fā)出的光會向光譜的紅色部分偏移，導致宇宙紅移。這意味著宇宙中有一部分距離我們非常遙遠，以至于它們發(fā)出的光一直都沒有到達過我們，以后也不會到達我們。目前，這個距離大約為460億光年（可觀測半徑）。

這意味著，從現(xiàn)在開始，任何超過140到150億光年的物體現(xiàn)在發(fā)出的光都將永遠不會到達我們，或者我們發(fā)出的光也一樣無法到達它們。也就是說目前可觀測宇宙4%的星系還跟我們有著聯(lián)系或因果關系。而哪些超光速遠離我們的星系，即使是現(xiàn)在發(fā)射的光子，也永遠不會到達它們。

隨著時間的推移，所有被卷入宇宙膨脹中的物體都會加速遠離我們，越來越快。如果時間足夠長，它們最終都會以比光速還快的速度后退，不管我們造出了多快的火箭，不管我們發(fā)射了多少信號，不管光本身的速度有多快，原則上我們都無法到達它們。