宇宙年龄138亿年，为什么我们能看到460亿光年物体发出的光

20世纪人类最伟大的科学成就就是对宇宙深空的探索。通过研究，人们很快发现我们的宇宙拥有着巨量的星系，这些星系不仅与我们的银河系非常相似，大小都在数千数万光年，而且绝大多数星系都在离我们远去。更令人诧异的是，离我们越远的星系，退行的速度就越快。但是人类仅仅用了几年的时间就发现了这种现象的机制和规律。这个现象的发现可以说是人类科学史、宇宙探索历程上的一次重要的里程碑。

虽说这个发现很重要很伟大，但其中的包含的道理确很简单:我们可以通过星光光谱线的移动来确定出星系的推行速度，然后我们可以通过各种“标准烛光”的方法来估算出星系和我们之间的距离。想了解怎样测定星系距离的朋友可以戳下面连接：天文学是如何支持进化论的，我们如何知道宇宙的历史？

星系跟我们的距离和它远离我们的速度，这两条数据之间的关系就被称为哈勃定律。

但比较复杂的是宇宙膨胀发生的机制是什么？

更远的物体正在加速远离我们，看到这句话我们根据小时候的过年放炮的经验都会想到：宇宙早期应该发生过某种类型的爆炸。那么接收到较少“初始爆炸能量”的物质会离得更近，彼此远离的速度也会更慢，而距离较远的物质肯定获得了更多的初始能量，才会以特别快的速度远离我们。

如果真的只是星系在单纯的远离我们，那么我们就必须非常接近爆炸中心，才能看到宇宙从各个方向上看都是一致的。而且我们还能看到离我们更近的星系密度要比离我们更远的星系密度大得多。在这种情况下，空间将是静态的，就像一个固定的三维网格，但这并不是星系远离我们的唯一方式。

宇宙也有可能不是从静止空间的大爆炸开始的，而是服从广义相对论中的另一个解:大爆炸开始后宇宙空间结构本身可能会随着时间的推移而膨胀，空间的膨胀与它所包含的总能量成正比!

如果是这样的话，在一个给定的空间体积中，星系的数量应该是一致的，随着宇宙的演化，空间膨胀率应该以一种可预测的方式随着距离的变化而变化。宇宙在过去的密度和温度会更高，星系的聚集将形成丝状结构，其中空间的每个区域在大尺度上看起来大致相同。

如果在爆炸发生后，空间是静止的，那么宇宙存在一个有限的年龄，我们只能看到由这个年龄定义的距离。例如：在一个5岁的静态宇宙中，我们只能够看到5光年以外物体发出的光，不会看到比5光年更远的距离;在一个138亿年的静态宇宙中，我们只能够看到138亿光年外物体发出的光。

但是我们的每一项观测数据都表明，宇宙确实是朝向了空间的扩张，宇宙空间的能量决定了扩张的速率，因此也就决定了星系的实际距离。

这里就有一个问题，也是一个事实。在一个不断膨胀的宇宙中，我们可以看到比宇宙年龄更远的地方。例如：我们都知道宇宙有138亿年的历史，可我们的可观测宇宙却达到了920亿光年。

那么光是怎样在有限时间内走了这么远的距离的？它是怎么走的？

我们看上图，由于宇宙的膨胀，一些不同的星系团正在远离彼此。假设我们就居住在方框中心的星系团中，我们在观察左下角的星系团。

当光离开位于左下角的星团(图中左下)时，假设该星团此时距离我们大约8700万光年，现在光开始向我们传播，但这时宇宙空间在膨胀。这意味着这个星系团和我们自己星系团之间的空间越来越大，就像一块在烤箱里的大面包一样。光继续向我们涌来，但随着距离的不断增加，当光最终到达我们这里时(上图右)，这个星团现在已经离我们有1.73亿光年了!

这里有一个关键性的问题:光实际上走了多远?简单的答案是超过8700万光年，但小于1.73亿光年!

现在，我们把从上面例子中学到的知识应用到整个宇宙。

138亿年前，宇宙异常炙热和稠密，充满了各种各样的能量:辐射(光子)、物质(像质子、中子和电子)，以及空间自身的固有能量(暗能量)。

如果在一个膨胀的宇宙中只充满了以上其中一种能量，那么星体发出的光到达我们这里被我们观察到，星体经过138亿年的旅程，它会离我们有多远？我们会得出三个答案！

为什么?

因为空间中每一点的能量密度决定了宇宙的膨胀历史，而辐射、物质和空间本身固有的能量彼此对宇宙演化的作用不同!以下是不同的能量对138亿年历史的宇宙演化产生的最终结果:

• 如果宇宙在任何时候都只充满辐射能量，那么经过138亿年的旅行，那些我们观察到的物体，现在距离我们276亿光年。
• 如果宇宙在任何时候都只充满物质能量，那么经过138亿年的旅行，那些我们观察到的物体，现在距离我们414亿光年。
• 如果宇宙在任何时候都只充满暗能量，那么经过138亿光年的旅行，就不会有任何光到达我们这里;宇宙膨胀速度将会呈指数增长，我们的夜空将是一片黑暗。

但这三种可能都不符合我们观测到的实际情况;我们真实的宇宙是一个能量的混合体，各种能量都会随着时间的推移而改变。

宇宙在最初的几千年里，主要由辐射能量主导，辐射能量主要以光子和中微子的形式存在。在那之后，发生了转变，物质（引力）开始主导宇宙（物质包括正常物质和暗物质），成为数十亿年来宇宙最重要的组成部分。在45亿年左右，也就在太阳系和地球形成之后，暗能量异军突起，战胜引力在宇宙中开始占据主导地位。由于暗能量从来就不是(也永远不会是)宇宙演化唯一的掌管者，所以我们永远不会经历“一片黑暗”的世界，但是暗能量足以把宇宙的实际距离推到我们的可观测宇宙之外。

总结

综上所述：宇宙一开始膨胀的非常快，随着时间的推移而膨胀速度开始减慢。在物质主导下宇宙膨胀的减慢并没有趋近于0，而是逼近一个有限但十分重要的值。这个值意味着一个膨胀到460亿光年远的物体，它发出的光只需穿越138亿年的宇宙历史就可以到达我们这里。

这就是为什么，一个只有138亿年历史的宇宙，而我们却能看到460亿光年远的物体的原因。