光速:宇宙的“速度极限”
首先,爱因斯坦的相对论确实规定,任何物体的速度不能超过光速,光速是宇宙的速度上限。也就是说,你要是有办法把一辆车开到光速,再使劲踩油门,也无法超过这个限速。物体、能量和信息的传播都得乖乖遵守这个规则。
那宇宙怎么能膨胀得比光速还快?
事情得从138亿年前的“大爆炸”说起,那时候宇宙开始膨胀。至今,宇宙的年龄是138亿年,但它的直径却达到了465亿光年,远远超过了光速所能跑的距离。这是不是有点奇怪?其实,这完全合理。
宇宙膨胀就像吹气球,气球越吹越大,气球表面的点也越来越远。这里的关键在于——并不是“物体”在超光速运动,而是空间本身在膨胀。就像你在一张橡皮筋上画了几个点,拉开橡皮筋时,点与点之间的距离变大了,虽然点没有动,但它们之间的距离拉开得更远。
哈勃定律:宇宙膨胀的证据
20世纪,天文学家哈勃发现了一个现象——距离我们越远的星系,离开我们的速度越快。这叫做“红移现象”,是宇宙膨胀的直接证据。根据哈勃常数,每隔一百万秒差距(约326万光年),星系远离我们的速度就增加67.80千米每秒。那些距离我们非常遥远的星系,远离速度甚至超过了光速。
相对论 VS 宇宙膨胀:到底违不违法?
看起来似乎宇宙膨胀速度超过了光速,违反了相对论的规定。但其实并没有,因为相对论说的是物体不能超过光速,而宇宙的膨胀是空间本身的扩展。空间的膨胀不携带能量或信息,因此不会违反相对论。
总结一下:宇宙膨胀并没有违反相对论。虽然某些星系的距离远离我们时比光速还快,但这只是在空间扩张的背景下发生的,并不是物体真的在超光速运动。相对论和哈勃定律都是研究宇宙奥秘的“黄金搭档”,缺一不可!
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