488、【宇宙】为什么宇宙可以“超光速膨胀”？

张柏芝一号胸

宇宙膨胀超光速与物体运动小于光速之间是有区别的。简单地说，光速藩篱要求的是，有静质量的物体不能超过光速，而宇宙膨胀是时空的膨胀，时空本身没有质量，当然就不受光速限制了。


实际上，不能超光速是针对于物质、信息、能量而言的，而不是针对于宇宙空间而言的。空间并非是物质、信息、能量。所以，空间并不会受到光速的限制，而且宇宙膨胀也并不传递任何信息。
爱因斯坦发表了一篇名为《物质的惯性同它所含的能量有关吗？》的文章，提出了大名鼎鼎的质能方程。
E=mc^2
提出：物质和能量等价，后来也被称为：质能等价。


质能等价的意思是说，质量和能量其实是一回事，质量中蕴含的能量可以通过质能方程表述出来。所以，所谓的“质量转化为能量”的说法是不正确的，因为它们压根就是一回事。通过这个理论，爱因斯坦预言了：引力可以使光束发生弯曲。
在传统理论中，光是没有质量的，但是爱因斯坦认为光是具有相对论质量（这是因为它具有动能，质能方程告诉我们，能量和质量是一回事，所有有动能就有质量），而实际观测中，也确实发现了光线弯曲。
当然，光线弯曲的说法到了广义相对论，又有一套新的表述形式。
那爱因斯坦为什么能够统一“质量”和“能量”呢？这是因为，爱因斯坦通过推导，得出了运动物体的质量应该下面这样的结果：


其中m0是静质量，从这个表达式中，得出这样的结论：
静止质量不为零的物体是不可能达到光速的，只能低于光速。静止质量为零才能达到光速，但并不能超过光速。光其实就是静止质量为零，所以光可以达到光速。实际上，参与强相互作用的胶子也是，只不过由于夸克禁闭，我们还无法发现自由存在的胶子。
空间膨胀为何可以超光速？
宇宙空间其实是没有质量的，也不是能量，更不是信息。因此，它就没有所谓的静止质量，也不需要受到光速不变原理的限制。事实上在宇宙大爆炸之初，第一秒内，宇宙膨胀就超过了光速。
这也被我们称为大暴胀。大概是说，在短短的时间内，把当时的宇宙看成是一粒沙子，它一下子膨胀了到可观测宇宙那么大（直径930亿光年），然后在把可观测宇宙看成像沙子那么大，再膨胀到可观测宇宙那么大，一共加倍了100次，也就是2^100。这个过程是远远超过光速的。
其次，在距今46亿年前，宇宙开始加速膨胀，而根据模型计算，以地球为参考系，宇宙很多地方膨胀的速度早就超过了光速。
这是1998年，两个科学小组分别独立观测1a型超新星得到的结果，并且于2011年相关的负责人获得了诺贝尔物理学奖。
在宇宙大爆炸之初，第一秒内，宇宙膨胀就超过了光速。
宇宙大爆炸这也被称为大暴胀。意思是，在短短的时间内，把当时的宇宙看成是一个点，它一下子膨胀了到可观测宇宙那么大（直径930亿光年），然后在把可观测宇宙看成像沙子那么大的一个点，再膨胀到可观测宇宙那么大，一共加倍了100次，也就是2^100。这个膨胀过程是远远超过光速的。