宇宙70亿年前减速膨胀，70亿年后却加速膨胀，膨胀可以超光速吗？

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关于宇宙的膨胀，困扰大家比较多的是这三个问题：

第一个，宇宙膨胀的速度真的可以超过光速吗？

第二个，宇宙是一直在加速膨胀的吗？

第三个，我们的太阳系中的恒星和行星之间会因为宇宙的膨胀而离开得越来越远吗？

答案我相信肯定会有些是与你想象中的不一样。我们先来说出答案。

关于第一个问题，宇宙膨胀的速度确实是可以超过光速的，并不像有些人所说的那样这个是民科的说法。通过哈勃定律，星系离开地球的速度越快，其距离地球就越远（反之亦然）。科学家们可以计算出，100亿年后的星系离开地球的速度已经超过了光速。

不是说任何物体的运动速度都没法超过光速吗？为什么宇宙膨胀就可以超过光速呢？

时空中的物体运动速度是没法超过光速，但是宇宙膨胀是时空本身结构在膨胀，它并不是时空内物体在运动。如果把宇宙比喻成一个气球，当气球膨胀时，气球上的两个点之间离开的速度可以超光速，但是一只蚂蚁从这个点爬到另一个点的速度是无法超过光速的。

第二个问题是，宇宙并不是一直在加速膨胀，宇宙在70亿年前是在减速膨胀的，直到70亿年后才开始加速膨胀。这个很多人可能意料不到，具体原因后面再说。

第三个问题是，星系内的恒星之间并不会因为宇宙的膨胀而在相互远离。这个答案可能更令不少人感到意外。甚至有些人还说物质的原子都在宇宙膨胀中被撕裂，宇宙的将来会变成一个被撕裂得面目全非的世界。

为什么说不会呢，这是因为推动宇宙膨胀的力，是排斥性力与吸引力之间的差产生的张力，而不是只有一个力在膨胀。当吸引力大于排斥力时，物体之间就不会被扯开。

星系和恒星是物质在引力作用下不断吸积形成的；物质形成了结块，它们彼此之间的引力比宇宙结构的扩张作用强得多，所以它们不会被撕开。

打个比方你就懂了，粘在气球上的两个硬币，当气球在膨胀时，两个硬币之间的距离是越来越远的，但是硬币并不会因为气球的膨胀而变大。这是因为硬币内分子之间的吸引力比气球膨胀的排斥力大得多的多。

而星系与星系之间因为存在广阔的空间，它们相互之间的引力比宇宙膨胀的扩张力小得多，所以他们才会相互远离。以后大家就不要再瞎担心我们会被撕裂啦。

到此，只想知道答案的同学可以关掉页面了。如果你的好奇心很大，还有兴趣的话，就继续往下，我们一起来看关于宇宙膨胀的来龙去脉和更多关于它的秘密。

科学家们意识到宇宙在膨胀，开始是从一个数学公式中算出来的。这个数字公式就是爱因斯坦广义相对论中的场方程。

爱因斯坦引力场方程

广义相对论真是个神一般存在的理论，我们之前说过它的各种预言，水星进动，星光弯曲，引力波，引力透镜，暗物质，暗能量，黑洞......这次还从它身上推演出宇宙的膨胀和宇宙的起源——大爆炸。

1915年，广义相对论出来后，爱因斯坦从他的场方程计算中得出一个结论：宇宙要不是在收缩要不是在膨胀，反正宇宙并不是一个静态的宇宙，它是动态的。

这个结论让爱因斯坦感到非常的不安。宇宙怎么会是动态的呢？一直以来我们印像中的宇宙都是一成不变的，这个动态的宇宙连像爱因斯坦这样的人都接受不了。

其实关于宇宙不是一成不变的想法，早在牛顿的万有引力出来后，查德.本特利就曾给他写过一封信，他指出如果万有引力是相互吸引而没有相互排斥，那任何静态的星群终将塌缩在一起，这样假以时日，宇宙也最终会坍塌。

这个费脑筋的问题，牛顿也是感到无比的困惑。宇宙不可能坍塌呀，为了避免宇宙会坍塌这个事实，牛顿给本特利回信时说：“如果物质是均匀分布在无限的空间上，它就永远不会塌缩成一个整体......"

但是如果宇宙是均匀无限的，那么就会带来另外一个更深层的问题。奥伯斯就曾提出了这样一个问题：宇宙如果是均匀、静态、无限的，那我们不管是从那个方向看都应该看到一颗星，并且那么多星星的光传到我们的眼睛，那夜空也应该是亮的，为什么晚上会是黑的呢？

因此，宇宙如果是均匀有限的，它就会塌缩；但如果是无限的，天空就应该一直亮如白昼。这个也就是所说的“奥伯斯佯谬。

没想到200多年后，爱因斯坦也遇到了同样的问题。当时的爱因斯坦手软了！为了让这个宇宙是静态的，符合大家认识中的宇宙，爱因斯坦于1917年在他的场方程中引入了一个常数，这个常数是起排斥作用的反引力，以平衡引力的作用，它让宇宙变成了一个静态的宇宙。这个常数后来也叫“宇宙常数”。

红色符号为宇宙常数

但是这个常数并没有什么说服力，它是从哪来的？为什么无缘无故就有了这个常数呢？爱因斯也没有解释清楚，大家也就开玩笑说这是一个“胡说常数”。

这一疑惑随着科学家们对爱因斯坦场方程的思考，也得到了各种不同的解决方案。1917年，爱因斯坦的学生德.西特发现场方程有个很奇怪的解：哪怕是空无一物的宇宙也会膨胀，只需要宇宙常数，这个真空中的能量就可以驱动宇宙在膨胀。

这让爱因斯坦更加感到不安了，难道真的宇宙在膨胀吗？

到后来弗里德曼和勒梅特更进一步证实了，根据爱因斯坦的场方程，确实可以推导出宇宙正在膨胀。

这些理论上的问题，直到1929年，哈勃最终通过望远镜的观察，发现星际红移的现象，加上他系统的数据统计得到了确证，宇宙确实是在膨胀的。

什么是星际红移，这里说一下。我们知道，电磁波和光波是有频率的，并且它们不同的频率体现出不同的颜色。光波的频率从小到大在可见光中，相当于光从红色变到橙色、黄色、绿色、蓝色、青色最后到紫色。紫色之外的是紫外线、x射线、伽马射线。红色之外是红外线、微波、无线电波。

光波也像声波一样有个现象，当它远离我们时频率变小，接近我们时频率就变大。就像平时我们听到救护车的鸣笛一样，当救护车离我们远去时笛声就拉得长远而低沉，救护车走近我们时笛声就变得短促而刺耳。这个现象也叫“多普勒效应”。

哈勃观察星系时发现它们的光谱都在向红端偏移，说明星系光谱的频率变得越来越小，也就是说这些星系是在离我们远去的。

当哈勃把他的实验结果详细的和爱因斯坦说明时，爱因斯坦很是懊悔，本来他是可以通过广义相对论得出宇宙是在膨胀的，可是因为他不相信这一事实而错过了这个可以说是最伟大的发现。

爱因斯坦也承认，这是他一生中最大的错误。如果当时有朋友圈，老爱不知道该发个怎么样的心情。

宇宙在膨胀的这一事实，让爱因斯坦不得不把他的“宇宙常数”从方程中卸了下来......

谁能想到，爱因斯坦死后43年，天文学家们的世界观又改了一次。历史绕了一圈，我们再次感受到了爱因斯坦是多么富于预见性。

1988年，两组天文学家，分别由派尔穆特和施密特领导。他们打算测量宇宙膨胀的减速因子（吸引性的万有引力在减慢宇宙的膨胀，其减慢率称为减速因子），从而测得宇宙的总物质或总能量密度。

按照正常理解，宇宙膨胀得越大时因为引力的作用，膨胀速度应该是越慢的。可是他们通过对50个LA型超新星的测量后，却得出了意想不到的结论：宇宙在7０亿年前一直是减速膨胀的，而在7０亿年后，宇宙就像通过了收费站后突然踩油门的司机一样，开始加速膨胀起来。并且离我们越远的星系离开我们的速度也越快。

更加令人惊讶的是，通过推算得出，１００亿年后，星系离开我们的速度竟然超过了光速。

按暴胀理论的说法，之所以70亿年后宇宙开始加速膨胀，是因为随着时间的流逝，空间变得越来越大，普通的物质分散得更开了，这时普通物质产生的吸引性万有引力变得更弱。而真空能量所产生的排斥性万有引力来自空间本身的能量和压强，因而它的强度有累加性，也就是说，空间越大，这种排斥性引力就会越大。所以这时的排斥性引力会慢慢占据了上风，于是减速膨胀就变到了加速膨胀。

这时肯定会有人问，这些是如何测算的？我们简单来说一下过程。我们要想知道宇宙膨胀的减慢因子或哈勃常数（宇宙膨胀速率），可以测量远近不同两个天体的膨胀速度，然后一相减就得出两个天体间这个时期的宇宙膨胀减慢了多少，因而也求得出减速因子。如果它们这个时期的宇宙膨胀增加了多少，就可算出哈勃常数。

说来简单，可是不是说测就能测的，如果按这种测量方法去测量，必须需要两个条件：一是要测出这个天体的距离；二是要测出该天体离开我们的速度。

第二个条件比较容易，通过上面我们说过的光谱红移现象，认真对比我们从天体中测得的光的频率与实验室中的光的频率，就可以得出这个天体离我们远去的速度。

但是要测出第一个条件中天体的距离，这就比较令人头痛。虽然我们知道离我们越远的天体看起来就越模糊，可以根据这个相对亮度来算出距离。但是要知道这个天体相对的亮度，就得先知道这个天体的固有亮度才行。

天上又没有一根蜡烛或是个100瓦的灯泡，那些恒星都是上千万到几十亿年前出发过来的光，去哪找固定光源呢？

天文学家们最后真的在宇宙中找到了这个固有的光度，它就是ＬＡ型超新星。

ＬＡ型超新是由一种白矮星通过核反应爆发形成的。这种白矮星它耗光了自已的核燃料，但自身却没有足够的质量来触发一场超新星爆发。只有不断吸收附近伴星的物质，一直到达到一个特定的临界值（大约是太阳质量的1.4倍）才能达到通过核反应爆发变为超新星。

因为这种超新星都是达到这个特定的临界值时才会爆发，所以它们爆发时的亮度是固定的。并且超新星的亮度非常非常的高，在几个星期内，它的亮度可以和几十亿个太阳的亮度相当。所以它们就被天文学家们选中作为标准“蜡烛“的最佳候选者。

上面的两组天文学家就是这样找出了宇宙中50个LA型超新星。测出它们离开我们的速度，还有测出它们与我们的距离。本来是想测下宇宙膨胀减慢了多少，结果就测出了以上那些让人惊掉下巴的结论。派尔穆特和施密特也因此拿到了2011年诺贝尔物理学奖。

宇宙在加速膨胀这个事实，不得不让科学家们再次把爱因斯坦的宇宙常数又放回了场方程之中。不过这时的宇宙常数所代表的含义已经不是爱因斯坦之前的“让宇宙平衡”的含义，它现在代表的是"宇宙的加速膨胀"。

既然宇宙在不断膨胀，那么倒溯回去，宇宙的起源就应该为一个小点点。1931年，勒梅特假定宇宙的起源是个超级炽热的物体。这个高度致密的点，后来也称做奇点。

1494年，宇宙学家弗莱德·霍伊尔在BBC电台讨论的时候，他讽刺勒梅特的宇宙起源的观点，说什么宇宙起源于一个“大爆炸”（big bang）简直是胡说。结果他的这个“大爆炸”最后就成了宇宙起源的形象说词……。

原文地址：今日头条

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