在20世紀(jì)九十年代左右，人們普遍接受了“宇宙膨脹”這一觀念的輸入，但也認(rèn)為宇宙必須減緩它的膨脹速度。從理論上來說，地心引力的基本作用力總有一天是要戰(zhàn)勝宇宙膨脹的力量的，并使它停止膨脹。然而在世紀(jì)交替那時(shí)候，有新的觀察發(fā)現(xiàn)證明宇宙膨脹并未減速，準(zhǔn)確來說還在加速中，這使得科學(xué)家們大為震驚。

這里是《天文在線》，今天我們正在回答一些很特別的問題。太空旅行是怎么做到比光還快的？你注重事實(shí)嗎？你也一直對(duì)此抱有好奇嗎？

真空中的光速并不是已知粒子能達(dá)到的最快速度，但它已經(jīng)成為了宇宙中其他物質(zhì)所能達(dá)到的光速極限。光速每秒接近300000公里，準(zhǔn)確來說是每秒299792公里，一秒之內(nèi)可環(huán)繞地球七圈半。因此，它理所應(yīng)當(dāng)成為了人們口中不可打破的速度記錄，但接下來我們還需要考慮愛因斯坦的廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論中提到說，一個(gè)物體的速度越接近光速，它的質(zhì)量會(huì)趨近于無窮大，而長(zhǎng)度趨近于零，這顯然是不可能的。

在2012年，歐洲核子研究中心的一個(gè)團(tuán)隊(duì)聲稱已經(jīng)測(cè)量到中微子的粒子比光速快了0.002%…但后來發(fā)現(xiàn)是由于一條光纖老化松散，使得這次的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生了誤差，最后實(shí)驗(yàn)以失敗告終。2017年某個(gè)理論問世，大膽推測(cè)宇宙中可能還有其他粒子的存在——超光速粒子，它的速度確實(shí)能夠超過光速…不過它只是存在于量子真空中的虛擬粒子，所以并不是所有粒子都存在于當(dāng)下同一時(shí)空中。

不論怎樣，我們實(shí)際上并不需要理論上的粒子來回答是否有比光速更快的物質(zhì)存在，難道還有比不存在更為特別的答案嗎？自人類文明誕生以來，科學(xué)家們就沒有停止過對(duì)世界根本規(guī)律的探索，如今之宇宙，是無數(shù)已知的偉大探索的開源，而關(guān)于那些目前還未能探索到的未知答案就藏在宇宙的某個(gè)角落，科學(xué)家們利用已知和有限探索未知和無限…那才是宇宙本身的魅力所在。

我們的宇宙還在不停地膨脹，也正因如此，有些星系我們可能永遠(yuǎn)見不到。一些星系離我們?nèi)绱诉b遠(yuǎn)膨脹得如此之快，它們的光可能永不會(huì)被地球上的望遠(yuǎn)鏡捕捉到。即使現(xiàn)在天空中有一些星系是我們能夠看到的，但關(guān)鍵是時(shí)間流逝斗轉(zhuǎn)星移，這些星系它們終有一日會(huì)從我們視野中消失，消失速度之快以致于其本身的光也難以企及。

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我們最好把這個(gè)過程想象成時(shí)空是一塊覆蓋在宇宙上的有彈性的織物。如果它的四角都被拉伸，那么最遠(yuǎn)的點(diǎn)似乎會(huì)更快地被拉伸。就像假設(shè)你以站在某個(gè)中心，離你最近的東西似乎會(huì)以較慢的速度被移開。

根據(jù)2016年的最新計(jì)算，宇宙膨脹的真正速度是每兆焦距每秒73公里——兆秒差距相當(dāng)于326萬光年。這是一門嚴(yán)肅的科學(xué)，但它基本上證明了遙遠(yuǎn)的星系正以超過光速的速度遠(yuǎn)離我們，該預(yù)測(cè)稱宇宙中所有物體之間的距離將因此在大約100億年后增加一倍。那么，這怎么會(huì)發(fā)生呢？好吧，盡管它們看起來是這樣，但嚴(yán)格來說，達(dá)到這些速度的并不是星系。

我們認(rèn)為……實(shí)際上，只是星系之間的空間在以比光速更快的速度發(fā)展。這種現(xiàn)象經(jīng)常被解釋為，宇宙像是一塊大的面包面團(tuán)，而星系是散布在上面的葡萄干。當(dāng)面團(tuán)被煮熟后便開始膨脹，葡萄干彼此之間的距離就越來越遠(yuǎn)——但葡萄干本身并沒有真正改變。

在這個(gè)等式中，光速只真正適用于 "局部物理學(xué)"，或發(fā)生在我們比較熟悉的物理過程中，同時(shí)這個(gè)情況也變得更奇怪。實(shí)際上，人們認(rèn)為即使是最高速度限制也可能在宇宙的遠(yuǎn)端被打破——而這基本上就是宇宙膨脹的表現(xiàn)。所以，雖然我們確實(shí)不會(huì)看到 "本地 "飛船飛得比光還快，但遠(yuǎn)處的空間延伸可以（而且正在）達(dá)到這種速度。

有趣的是，就像科學(xué)中的許多事情一樣，最初對(duì)宇宙膨脹（以及空間延展是否可以超過光速）的困惑實(shí)際上也孕育了全新的研究途徑。當(dāng)宇宙加速論被首次提出時(shí)，它似乎違背了邏輯，但這一啟示后來導(dǎo)致科學(xué)家和理論家提出了暗能量的想法。我們現(xiàn)在可以了解到，暗能量構(gòu)成了我們已知宇宙的68%。而我們之所以知道這一點(diǎn)，是因?yàn)槲覀兊挠钪嬉胂窨焖倥蛎?，就需要有這么多的能量。

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同樣，我們?nèi)缃袼獣缘牧硪簧衩匚镔|(zhì)——暗物質(zhì)，構(gòu)成了宇宙27%的組成部分……，這使得可觀測(cè)宇宙中僅有占總量5%的其他成分，其中包括所有的粒子及物質(zhì)。雖然愛因斯坦沒能認(rèn)識(shí)到暗物質(zhì)與暗能量，但正是由于二者的存在，有效地證明了曾被認(rèn)為無孔不入的強(qiáng)大的光，現(xiàn)在正在被宇宙自身所削弱。

雖然這是一個(gè)十分有趣的事實(shí)，但宇宙在擴(kuò)張之中，也給我們指出了一個(gè)潛在的寂寥未來。若宇宙持續(xù)以不斷增加的速度擴(kuò)張，那么在某一階段，整個(gè)星系終將在我們眼前的天空消逝。誠然，它們并不會(huì)完全“消失”，只是我們將再也無法觀測(cè)到它們，因?yàn)樗鼈兊奈灰埔呀?jīng)使它們發(fā)出的光無法到達(dá)地球。如此看來，數(shù)百萬年后，宇宙終將對(duì)我們“隱身”——只剩一個(gè)有著更加稀少星體與星系的虛無需要我們?nèi)ハ?/p>

這一切意味著，由于普遍存在的宇宙擴(kuò)張和相較而言的有限光速，我們（以及那些不知何所在的高級(jí)生命）必須要趕在某種最后期限前，與宇宙內(nèi)的其他文明達(dá)成聯(lián)絡(luò)。盡管遙遠(yuǎn)的星球看起來有著難以置信的距離，但終有一天，哪怕用最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡也無法用眼睛對(duì)它們進(jìn)行觀測(cè)。雖然這一最后期限在極其遙遠(yuǎn)的未來，并非我們當(dāng)下最為緊迫的關(guān)切……但如果任何活在遙遠(yuǎn)未來的生物想要對(duì)宇宙邊緣進(jìn)行了解的話，那么他們就將要面對(duì)這樣的現(xiàn)實(shí)了。時(shí)間不等人，而這一切都緣于太空的行進(jìn)要比光更加迅速。

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相關(guān)知識(shí)

在物理宇宙學(xué)與天文學(xué)領(lǐng)域中，暗能量是一種未知形式的能量，能在最大程度上影響宇宙。首個(gè)能證明其存在的觀測(cè)證據(jù)源于對(duì)超新星的測(cè)量，這一測(cè)量揭示了宇宙的擴(kuò)張并非以一個(gè)恒定的速度，而是在不斷加速地進(jìn)行著。

要理解宇宙的進(jìn)化，就需要知道它的初始狀況和組成部分。在上述觀測(cè)之前，學(xué)界通常認(rèn)為隨著時(shí)間的流逝，宇宙中各種形式的物質(zhì)和能量會(huì)逐漸減緩宇宙的擴(kuò)張。對(duì)于宇宙微波背景的測(cè)量表明，宇宙始于一場(chǎng)熱大爆炸，基于此，廣義相對(duì)論解釋了宇宙的進(jìn)化以及隨后的大規(guī)模運(yùn)動(dòng)。

若不引入一個(gè)全新形式的能量，則無法解釋對(duì)一個(gè)不斷加速的宇宙要如何進(jìn)行測(cè)量。自20世紀(jì)90年代以來，暗能量成為用來解釋加速擴(kuò)張的最廣為接受的一個(gè)前提。在2021年時(shí)，宇宙學(xué)研究中有數(shù)個(gè)活躍領(lǐng)域致力于研究暗能量的基本原理。

假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型（Lambda-CDM）是正確的，目前最精確的測(cè)量工具表明，在當(dāng)下的可觀測(cè)宇宙中，暗能量占全部能量的68%。暗物質(zhì)和普通（重子的）物質(zhì)質(zhì)能分別占26%和5%，而其他組成部分，例如中微子和光子，所占的比例很小。暗能量的密度很低（~7×10－30g/cm3），要比星系中的普通物質(zhì)或暗物質(zhì)低很多。然而，由于它在整個(gè)太空中的一致性，使它能夠?qū)τ钪娴馁|(zhì)能進(jìn)行控制。

by:Gwen, 9u，Narcissus