我们知道宇宙的年龄是138亿年，但是观测到的宇宙的大小是460亿光年。这怎么可能？

大自然要求我们不要超过光速。其他所有都是可选的。
-罗伯特·布罗特

20世纪最令人惊奇的发现之一是由于研究了散布在夜空中的巨大螺旋星云。

很快就清楚地发现，这些天体是类似于我们银河系的星系，距离我们数千光年。此外，其中大多数正在朝着我们的方向发展。更有趣的是，银河离我们越远，（平均而言）它移动得越快。仅仅几年后，就发现了控制这种现象的机制和法律。

该法则没有任何困难：您可以根据光谱位移来测量星系的速度，并使用各种方法（包括标准蜡烛）来估计到星系的距离。结果-尽管您仍然有错误-但是您将收到有关清除星系及其逃逸速度的数据。这两个参数之间的关系称为哈勃定律，它确定了遥远星系相对于我们的运动方式。

事实证明，发生现象的机制更加有趣。

有一种很强的诱惑力可以假定，所观察到的现象的原因-较远的物体移动得更快-是过去发生的某种爆炸。如果真是这样，那么接收不到“初始爆炸能量”的星系会彼此靠近，并且会飞得更慢，而远离我们的星系会接收到更多的能量，以飞得如此之快。

如果真是这样，那么我们将非常靠近爆炸的中心，而我们附近的星系密度将远高于远离我们的星系。在这种情况下，空间将是静态的-例如固定的三维格子。但这不是唯一的机会。

也有可能代替爆炸产生的静态宇宙，而是服从GR的更强大决定：它可以扩展！宇宙的结构不会随静态宇宙中的灾难性爆炸而开始，而是会随时间的增长而扩展，并与其中所包含的能量成比例。

在这种情况下，在相等体积的空间中，星系的数量应该平均相同，扩展速度应该以可预测的距离依赖性增加，过去的宇宙应该更热，并且星系团应该形成蜘蛛状的结构，其中所有空间区域看起来都大致相同大规模地。

在第一种选择的情况下，具有爆炸和静态空间，在宇宙的有限年龄的情况下，我们可以根据由该年龄确定的距离来研究距离。在5年的静态宇宙年龄中，我们可以看到光来自距离我们不超过5光年的物体。在一个拥有138亿年历史的静止宇宙中，我们可以看到光来自距离我们不超过138亿光年的物体。

但是我们所有的观察都驳斥了这种可能性，并将我们引向了一个扩展空间的想法，在该空间中，宇宙中的能量决定了扩张的速度，因此决定了物体离我们有多远。

不太直观的是，在一个不断扩展的宇宙中，我们可以看到的远不止这决定了它的简单年龄！这仅仅是必须的。考虑上图，由于宇宙的膨胀，其中几个星系团相互远离。想象一下，我们在一个中央集群中，并在左下角观察到一个集群。

当光线离开左下角（左）的星团时，这个星团距离我们有87光年。光线开始向我们前进，但宇宙正在扩展。也就是说，这个集群与我们集群之间的空间正在增加，就像一块烘烤的面团，未来的面包一样。光继续向我们袭来，但随着距离的增加，到达我们的距离必须超过87光年。但是，当光到达其目的地（在右侧）时，这个星团距离我们已经有173光年了。

关键问题是：光实际上走了多远？答案是超过87光年，但不到173光年！

将此原理应用于整个宇宙。

在138亿年前，宇宙是不切实际的炽热和密集，充满了各种各样的能源：辐射（光子），物质（质子，中子，电子）和空间固有能量（暗能量）。如果不断膨胀的宇宙仅充满这三种能量中的一种，并且您会问物体离我们有多远，刚好到达我们的光，您将收到三个不同的答案。怎么了

因为历史上任何时刻的能量密度决定了宇宙膨胀的历史，并且辐射，物质和空间的固有能量以不同的方式发展！这是138亿年宇宙的最终结果：

如果宇宙仅充满辐射，那么只有在经过138亿年的旅程之后光才能到达我们的物体，才是离我们276亿光年的物体。
如果宇宙仅充满物质，那么一个只有在经过138亿年的旅程之后才能到达我们的光的物体将成为距离我们414亿光年的物体。
如果宇宙只被暗能量充满，那么光根本就不会到达我们，因为膨胀将是指数级的，在这样的时间之后，我们将根本看不到任何东西。

但是，这些示例均不对应于真实的宇宙，在真实的宇宙中，这些能量混合在一起，并且这种混合随时间变化。

在最初的几千年中的宇宙早期，辐射占主导地位，主要以光子和中微子的形式存在。然后发生了相变，物质（正常和黑暗）成为数十亿年的主要成分。最近，在太阳系和地球形成之后，暗能量已成为主导。因为暗能量不是（也不会）是宇宙的唯一能量来源，所以我们永远也不会陷入光不能到达我们的境地。但这足以使宇宙的边界远超过仅具有物质的版本：可达461亿光年。

这是违反直觉的，但您需要记住：138亿年前，整个可观测宇宙小于我们当前的太阳系！

宇宙的扩张开始非常迅速，但随着时间的流逝而放缓。它继续变慢，但渐近趋于不趋于零，而是趋于有限的（尽管很大）。这意味着从一个遥远的物体发出的光，被宇宙的扩展带走了超过我们400亿光年，今天就可以到达我们，使穿越宇宙的旅程堪比宇宙的整个历史。

当它到达我们时，我们将看到宇宙非常年轻的时候发出的光。

唯一的区别是光谱红移，这使我们能够确定该物体的年龄和远近。

这就是为什么在一个拥有138亿年历史的宇宙中，最遥远的可见物体与我们之间的距离为460亿光年！

宇宙的大小如何大于其年龄呢？

我们知道宇宙的年龄是138亿年，但是观测到的宇宙的大小是460亿光年。这怎么可能？

More articles: