宇宙膨胀速度超过光速，是如何计算出来的？

爱因斯坦狭义相对论给光速画了一个红线，就是宇宙中光速是最快的，是天花板，所有物质运动都不得突破这个天花板。而在宇宙标准模型中，宇宙膨胀是超过光速的，这样，许多网友就很疑惑，既然物质运动不得超过光速，为啥宇宙膨胀就可以呢？

网上诸如此类的问题很多，见下面截图：

这类问题都差不多，就是弄不清宇宙膨胀超光速与物体运动光速之间的区别，而后一个问题本身似乎已经给出了答案。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。

此类问题我过去已经回答过多次，看到网络上还有许多朋友闹不明白，就再简要而系统地说一遍，如果朋友们能够耐心看完，相信就会完全明白了。如果还有疑问，请在下方评论区留言，我会尽量解答。

但有一点需要说明，我的一切回答都是基于现代科学界公认的科学常识，如宇宙学标准模型。所谓宇宙学标准模型，就是以爱因斯坦的广义相对论为基础，描述均匀各相同性宇宙运动规律的模型。

如果不屑于承认科学常识（也就是科学界共识）的人，硬要杠精一下，就恕不奉陪了。

何谓宇宙膨胀？

所谓宇宙膨胀是指整个宇宙的大尺度不断胀大，是由美国著名天文学家埃德温·哈勃率先发现并提供证据的。人们为了纪念他，第一艘顶级空间望远镜就以他的名字命名，哈勃空间望远镜升空后，让人类大大开阔了视野，对宇宙有了颠覆性的认识。

哈勃是在1929年根据长期观测，得出宇宙膨胀结论的。这个结论认为，整个宇宙都在不断膨胀，而且是均匀的，所有的星系都在均匀地彼此分离，相互隔得越来越远。从地球观测，各个方向都是一样的，这就叫各向同性；距离我们越远的星系，退行速度就越快，退行速度与距离成正比关系。

由此，他得出了哈勃定律，简单表述为：V=HD。这里的V表示星系退行速度；H代表哈勃常数，定义为在距离我们10Mpc位置，星系退行速度，单位s/km（秒/千米）；D表示星系与我们的实际距离。Mpc是百万秒差距单位，1pc（秒差距）约为3.26光年。

这个观测结果完全符合爱因斯坦广义相对论理论描述，解决了爱因斯坦场论与绝对时空观的矛盾，从而为大爆炸宇宙模型增加了关键性重要证据，说明宇宙从奇点爆炸开始，膨胀一直没有停止过。

如果形象的比喻，现在的宇宙就像一个正在膨大的气球，这个气球就是奇点膨胀而来，所有星系物质都是气球膜上的星星点点花纹，随着气球的不断胀大，这些星星点点的花纹都在相互远离，在气球表面任何一点向四周看都是一样的，因此宇宙没有中心。

这个气球的膜就是宇宙空间（也可以说是时空），没有质量，星星点点的花纹就镶嵌在宇宙空间的星系，是有质量的。这些有质量的星系本身并没有动，就像坐在火车上的人，火车在飞奔，车上的人并没有飞奔。

也可以想象成烤面包，面包本身是时空，面包在膨胀，镶嵌在里面的葡萄干也随之距离相互拉开，但葡萄干没有动，只是随着面包的膨胀相互隔得更开而已。

随着宇宙空间的膨胀，原来挤在一起的星系就相互隔得越来越开，看起来就是相互远离。而宇宙膨胀只是时空的膨胀，不是有质量的物体运动，因此不受光速藩篱约束。

宇宙膨胀速度是如何计算出来的

宇宙膨胀速度计算就是根据哈勃定律进行的。前面说了，哈勃定律里面有几个代数，V代表总速度，H代表哈勃常数，D代表实际距离。根据这个公式，首先要知道哈勃常数，才有可能代入数据进行计算。

为了得到一个准确的哈勃常数，几十年来，许多天文学家想方设法进行了大量的测量工作，得到几个具有代表意义的数据：

2006年，马歇尔太空飞行中心利用钱卓X射线望远镜得到的结果是77km/s，误差约15%；2009年，NASA（美国宇航局简称）根据la超新星测量得到的结果为74.2±3.6km/s；2013年，欧空局根据普朗克卫星测量得出的结果为67.8±0.77km/s；2019年，德国科学家利用引力透镜效应得出的结果为82.4km/s。

每种方法测得的数据并不完全一致，甚至有较大相差。不同的数据计算出的宇宙年龄和膨胀速率是不一样的，今天我们将这些数据折中一下，得到一个平均值为：（67.8+77+74.2+82.4）/4=75.35km。

也就是说，在距离我们326万光年的位置，星系离开我们的速度约为75.35km/s，根据这个折中的哈勃常数来测算宇宙膨胀速度，按照各向同性，越远越快，与距离成正比例关系的原则，就可以计算出任意距离星系相对我们的退行速度了。

如326万光年的地方为75.35km/s；1亿光年的地方为2311.35km/s。

我们可观测宇宙半径为465亿光年，也就是说距离我们最远的那个星系，离开我们或者说退行速度就达到1074777.75km/s了。这个速度约光速的3.58倍，这就是所谓宇宙膨胀速度大于光速的由来。

既然宇宙膨胀速度大于光速几倍，为啥我们感受不到呢？

这是因为所谓宇宙膨胀大于光速，是整个宇宙膨胀的叠加速度，形象地说是整个宇宙气球的总膨胀速度，是我们与可观测宇宙最远的星系相互离开的速度，不是近距相互之间星系分开的速度，这是宇宙大尺度整体的一个规律，不能用在附近天体。

我曾经用插竹竿比喻过这种效应，如果插1000根竹竿，每根相差1公里，我们将每根竹竿距离都同时拉开1米，距离我们最近的这根竹竿在1公里距离离开我们1米，视觉上根本很难感受到；但在距离我们1000公里的那根竹竿，就与我们瞬间拉开了1000米了，但这种速度增加效应就非常明显了。

到了3亿根竹竿的位置，所有的竹竿1秒钟时间移动1米（均匀膨胀），在第3亿根竹竿的位置，与观测者（比如地球）的距离不就每秒钟拉开了3亿米吗，就达到光速了。

这说明宇宙膨胀只是大尺度膨胀，在距离很近的地方，膨胀很慢，也不明显。

近距离的天体之间主要还是受到引力约束，如太阳系甚至银河系，都是依靠引力凝聚在一起，受到宇宙膨胀的影响很难感测出来。即便距离我们254万光年的仙女座星系，由于与银河系之间的巨大引力作用，还在不断靠近，预测在30~40亿年后，这两个星系就会相撞融合在一起。

但总体科学观测证明，遥远的星系都在离我们远去，最明显的证据就是红移现象。这是光波的多普勒效应。凡以波的方式传播的事物都有多普勒效应，如声波，高速靠近我们的汽车或火车鸣笛，就比不动时高亢；而远离时声音就会比不动时低沉。

光波的多普勒效应就是高速靠近的物体光谱会向蓝端移动，简称蓝移；高速远离的物体光谱会向红端移动，简称红移。科学家们观测远方星系，都是红移，红移量与距离成正比，所以，通过红移量就可以判定星系离开我们的速度。

而根据哈勃定律，得到了星系离开我们的速度，就能够推算出这个星系与我们的距离。科学家们观测到的仙女座星系光谱发生蓝移，因此证明其正在靠拢我们。

至此，我们应该明白了，宇宙膨胀超光速只是整体空间叠加起来的超光速，而每个局部膨胀速度是很慢的，有的还受引力影响相互靠近。因此，宇宙膨胀超光速与爱因斯坦光速极限，不得超越的理论完全不是一码事。

这就是宇宙膨胀的基本内容，欢迎讨论，感谢阅读。

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