當光速不是極限:理解膨脹空間如何「超光速」拉開星系距離
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當光速不是極限:理解膨脹空間如何「超光速」拉開星系距離

光速的限制與宇宙的例外 😊

我們常聽說沒有任何東西能比光速更快。光速約為每秒三十萬公里,這是宇宙中的終極速度上限。任何有質量的火箭、粒子或物體都不可能穿越空間時超越這個速度。然而,宇宙本身的行為卻令人費解:空間的膨脹可以超越光速,把星系拉得比光能到達的速度還快。

為什麼可以出現「超光速」膨脹? 🌌

狹義相對論(Special Relativity)規定物體在空間中運動時不能超過光速,但這條規則僅適用於物質或資訊穿越空間的情況。空間本身並不受這條限制。與其想像星系在空間中競速,不如把焦點放在宇宙的織物──時空(spacetime)──本身正在被拉伸。

想像在充氣的氣球表面上畫了許多點。當氣球被吹大時,點並沒有沿著表面移動,但它們之間的距離會變大。同理,星系並非以超光速沖向外側;而是它們之間的空間在膨脹,使得看起來彷彿星系以超過光速的速率遠離我們。

可觀測宇宙與宇宙地平線 🌠

這就是天文學家談論「可觀測宇宙」(observable universe)的原因。超過大約四百六十億光年(46 billion light years)的距離外,存在著我們永遠看不到的星系,因為它們發出的光永遠追不上膨脹中的空間。隨著宇宙持續膨脹,越來越多的星系會滑出我們的宇宙地平線(cosmic horizon)。它們並沒有違反物理定律,只是「搭著」空間膨脹一起遠去。

對運動、時間與距離的影響 🔭

宇宙能以超過光速的方式膨脹,挑戰了我們對運動、時間與距離的直覺認知。這顯示宇宙並非僅是由物體組成的集合,而是一片不斷重塑自身的動態時空織物。

望遠鏡帶我們看見的奇異現實 ✨

每當我們用望遠鏡更深入地窺探宇宙,實際上是在觀察這種奇異的現實。光在空間中的速度仍然是最快的旅行者,但宇宙本身遵循的是另一套規則──空間的膨脹能夠改變距離,使得星系的相對退行速度超過光速。

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