光速是宇宙最快速度,为什么哈勃太空望远镜能观测到137亿光年以外的空间?

乐淘笔记


我告诉你,因为光速的原因,你哈勃望远镜看到的并不是现在的样子,而是光137亿年以前的样子。就这么简单。


计桥高考GPS


关于这个问题,确实有不少人存在着疑惑,其实这都是源于概念上的误解。首先,根据狭义相对论,真空中的光速是宇宙中最快的速度,这点没错。距离我们137亿光年的地方,光需要137亿年才能到达,这点也没错。概念弄错的地方在于哈勃太空望远镜怎样观测到遥远的星光。

哈勃不是通过发射出视线飞到远方,再飞回来,然后看到遥远的星系(或者其他天体)。而是星系发出的光穿过宇宙空间到达地球,哈勃接收到了这些光,所以才能看到遥远的星系。根本就没有视线这种东西,也没有视觉超过了多少倍的光速,这些都是错误的概念。无论是哈勃太空望远镜也好,还是人的眼睛也好,之所以能够看到物体,都是因为物体发出的光(或者反射的光)进入了望远镜或者眼睛之后进行成像的结果。

目前,哈勃观测到最遥远的星系位于131亿光年之外,这意味着这个星系在131亿年前就已经存在,它在当时发出的光穿过了浩瀚的宇宙空间,经过131亿年的漫长旅行之后终于抵达地球,然后被哈勃捕捉到。因此,哈勃看到的是这个星系在131亿年前的样子。

我们知道,宇宙诞生于138亿年前,这意味着我们最远只能看到距离地球138亿光年(光速乘以时间)之内的星系。因为随着宇宙的膨胀,位于138亿光年之外的星系远离我们而去的速度已超过了光速,它们现在发出的光不再会进入我们的视界。事实上,整个宇宙的直径达到了930亿光年,这意味着很大一部分的宇宙是我们永远也无法看到的。


火星一号


首先,哈勃太空望远镜能观测到137亿光年以外的空间,并不是视觉比光速快。视觉本来就是光作用于视觉器官。

目前大众的常识是光速是宇宙最快的速度,并且光的速度是固定的,:c0=299792.458km/s (一般取300000km/s),并在物理计算时,将其作为固定常数。137亿光年外的空间,就是光走了137亿年到达哈勃望远镜可见区域。那么,哈勃望远镜其实观测到的是一些星系137亿年前的状态。所以,官方公布的哈勃望远镜的探索成果,也是说“哈勃望远镜观测到的目标中最远的是137亿光年的原始星系,这些星系的发出光芒来自大爆炸后刚刚形成的宇宙早期。”

官方认为哈勃望远镜证明了大质量黑洞在宇宙中普遍存在,而且观测到宇宙膨胀的精确数据,并推测宇宙的年龄为138亿年。此前宇宙膨胀一直只是个理论假设,现在也逐渐有天文数据进行证明。

其次,光速是不是固定不变的,还有争议。如果光速并不是固定不变的,则天文学家认为能观测到137亿光年以外的空间,也不一定准确。目前学界的观测推测都建立在爱因斯坦的光速极限理论上。

其实,科学界也有理论认为,光速并不是固定的,而是可变的,但是这个理论备受争议。爱因斯坦在1912年论文中总结“光速恒定原理仅在引力势能恒定的特定时空区域中成立”,但是在推导中发现不正确,1919年放弃了光速可变理论。后来有物理学家发明了模型,证明光速在温度不同、引力不同的地方,速度可能会变化。当然,他们还没能够接受测试,证明其理论的正确性。如果未来得到验证,可能爱因斯坦的引力理论就被推翻。那时,根据哈勃望远镜的天文数据推测的结论还会发生变化。

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我估计您的疑惑是:既然宇宙的年龄是137亿年,那么宇宙中最远的天体离我们就应该是137亿光年,那么我们就不应该看到137亿光年(注:光年是距离的单位,是光一年跑的距离)以外的宇宙,无论用多么厉害的望远镜都不行!但是怎么有报道天文学家观测到了距离比137亿光年还远的天体的辐射呢?


其实您考虑的不错,我们的确不应该而且也的确没有观测到137亿光年以外的空间,当然也不会观测到那里的辐射。真实的情况是,目前天文望远镜所看到的最远的天体的辐射就是宇宙大爆炸残余下来的宇宙微波背景辐射,红移是大约1000。根据目前的宇宙演化模型可以计算出来,大爆炸发生的时间大约是137亿年之前,也就是说,我们看到的辐射产生的地方距离我们137亿光年。因此我们的确没有观测到过比137亿光年还远的天体的辐射。


但是,由于宇宙一直在膨胀中,而距离我们越远的地方其膨胀“速度”(其实是空间膨胀的红移--请看我刚刚回答的另外一个问题:奇想宇宙膨胀到超过光速会怎么样?)就越高,所以在宇宙微波背景的光产生之后向我们传播的过程中,宇宙还在膨胀中。这些辐射传播了137亿年,宇宙就膨胀了137亿年,产生我们看到的宇宙微波背景的那个地方现在距离我们已经是大约500亿光年了,因此我们也可以说看到了500亿光年远的宇宙空间的天体发出的光!


声明:由于太忙,我没有时间读我回答后面的评论和发给我的私信,当然也无法回答评论里面提出的问题和回复私信。如果您希望我回答您的问题,请在悟空问答提出,然后邀请我回答,我会在方便的时候挑一些问题回答。


张双南


在专业人士看来,题主这个问题可能有些莫名其妙,但我却理解题主的思路到底是什么,因为我遇到过蛮多人有类似的问题。实际上,由于光实在是太快了,所以大家通常都意识不到,自己当前看到的事情其实并不是现在正在发生的事情。举个例子来说,你看到一辆车撞到了一根柱子,你当然会认为自己看到这件事的一瞬间,车正好撞到了柱子。实际上,光的传播是需要时间的,这就意味着一件事情首先发生,然后才被光以携带信息的方式传进了你的眼睛里。这就说明,我们看到的其实并不是实时的画面,而是有一定延迟的。这个延迟在日常生活中完全感受不出来,所以题主才会有类似的疑惑,误以为我们看到了137亿光年外空间中正在发生的事件。

但是只要宇宙距离稍微大一点,光速的限制就会展现的淋漓尽致。举个例子来说,太阳发射出来的光要经过八分钟左右才能够到达地球,这就是说,我们看到的其实是八分钟之前的太阳,而不是当下的太阳。其实都不需要太阳的距离,我们就能感受到这种延迟效应了,比如国内游戏用户如果登录位于北美或欧洲的服务器,那么延迟往往比位于国内的服务器要大一些,这是因为信号通过光缆的传输,是需要时间的。

回到题主的这个问题,其实我们看到的是137亿年前发生的事情。当然了,这个回答中并未包含宇宙膨胀的内容,那就是另外一个有趣的话题了。


看风景的蜗牛君


看题目以为题主问的是,宇宙年龄只有137亿年,为什么可以看到137亿光年外的天体,因为可观察宇宙半径465亿光年了。

但再看一下描述,原来题主问的是137亿光年外的光即使以光速都要137亿年才能到达,为什么哈勃一转过去就看到了😂

原因很简单,因为哈勃看到的光并不是,哈勃转过去的时候才开始跑过来,而是137亿年前就开始跑的,它已经跑了137亿年了,哈勃转过去的时候它刚好跑到哈勃面前。这个问题想不通是因为犯了一个与掩耳盗铃类似的错误,以为我不看世界就不动了,我看的时候它们才急急忙忙发光砸我的眼睛_(:D)∠)_

然而事实上无论你看不看,137亿光年外的光子在137亿年前就已经发货了,包邮哦,你看,你就看到,你不看,就看不到┐(´-`)┌

随便说一下看到超过137亿光年问题,可观测宇宙半径465亿光年是表示我们理论上能看到的最远的发光天体目前离我们已经465亿光年了。而我们看到的这最远天体的光实际上是137亿年前发出的(实际上现在宇宙年龄大约138亿年了,不过不用在意这些细节=_=),这137亿年里它正慢慢远离我们,而它之后发的光现在我们还看不到,所以我们实际上看到的还是只有137亿光年。(◔◡◔)


星宇飘零2099


答:因为在哈勃望远镜中,看到的100亿光年处的景象,是100亿年前的样子,并非此时此刻的样子。


光年属于距离单位,大小等于真空中的光传播一年的距离,约9.46万亿公里。



哈勃望远镜能看到100亿光年远的景象,那是因为该景象发出的光线,已经在空间中传播了100亿年的时间才到达地球,然后被哈勃望远镜接收到。也就是说,哈勃望远镜中看到的其实是100亿年前的样子。


以上是恒态宇宙中的情况,科学家已经证实,我们宇宙处于加速膨胀当中。

所以,考虑宇宙膨胀效应的话,哈勃望远镜中看到的138亿年前的景象,目前的实际距离已经是465亿光年了。



这也是我们宇宙年龄只有138.2亿年,但是可观测宇宙的实际半径却有465亿光年的原因。


又如:我们睁眼就能看到太阳,而太阳距离地球8.3光分;所以,我们看到太阳的样子,其实是太阳8分钟前的模样。




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艾伯史密斯


光速是宇宙最快速度,为什么哈勃太空望远镜能观测到137亿光年以外的空间?

很简单的一个问题,无论是CCD还是人的眼睛,都可以看作是一个被动接受光子的设备,从遥远距离外的光源发射的光子到了接收设备里转成了电信号或者生物电信号,处理后才能被我们看到,如果137亿光年外,其实不用那么远,就伸手不见五指的黑夜里,就是前面有一个粪坑你也看不到......!!

这是人眼看到物体的原理,如果那棵树不发射和反射任何光线,而且外界也没有任何亮光,你要看到了那真是见鬼了!

137亿光年外的天体所发射的光线,在137亿年前就出发了.....当然现在还没有观测到137亿光年外的天体,最远的也是136亿光年左右,而且还是射电望远镜观测到的,可见光波段也就只观测到了134亿光年左右!

它们经过漫长的旅途,然后到了哈勃望远镜的主镜反射经过副镜在经过棱镜,修正镜....最后到达CCD上激发了一个电信号,当然这还不够,因为如此距离外的光子太少了,需要经过长时间的收集才能有足够的电信号成像.....需要提醒一下的是哈勃极深空场的累积曝光时间长达50天!!

这就是哈勃极深场,每个光斑都是一个星系,而这个区域的大小如下图

看上去没有任何东西的区域里,长时间曝光之后居然有如此海量的星系,可想而知,我们的宇宙中有多少未知的星系存在!

还有一个要提醒下的是,哈勃看到的是目标天体上百亿年前发出的光子,现在那个天体可能已经不在了,但即使要在的话,你得等上百亿年后才能看到现在发出的光!你的眼光很厉害是吧....但你也得等上百亿年............!!


星辰大海路上的种花家


我们可以用其它的事例来解决这个问题,题主你会觉得一目了然,有时候遇到感到困惑的问题时,不妨换个角度思考一下。

平时生活中用到的水龙头,我们一打开就一定会出水,除非停水了,水源距离我们那么远,为什么也是一打开开关就会出水呢?

站在山涧的小瀑布底下,如果把上层的水流堵住,你站在瀑布底下,是不是需要过上那么极短的时间才会真正停水了?

道理都是差不多的,只需要理解什么是“源源不断”就行了,光线不是超距传输,它也是有速度的,哈勃能看到137亿光年外的地方不奇怪,这些光线在宇宙中传播了许多年已经来到了地球这里,我们只需要收集这些光即可。

就好像之前的比喻一样,只要源头不断,那么光线就会源源不断的传到地球上来,但是呢,由于宇宙膨胀的影响,光源肯定已不在原先的位置上了。

光线用量子理论来描述它,就是由光子组成,同时光也是一种波,所以光线是物质性的,而题主产生的这种疑问正是遗忘了它的物质性。


一枚游戏科幻迷


题主的问题解释让我莫名觉得好笑。用哈勃望远镜为什么能看到137亿年之外的空间,而且是一瞬间就看见了?所以这样你的眼光的速度就超光速了?


光速是宇宙中最快的速度,这当然没有错。但是为什么用哈勃望远镜能够一下就看到137亿年之外的东西呢?这源于一个误解,一个思维惯性带来的误解。我们总是习惯地的说“看见了什么”,看什么这被当做了一个主动去做的事,但是与其说我们看见了什么,倒不如说什么进入了我们的眼睛这样才更形象。因为我们的眼睛本身并不发射光,我们能够看到什么物体,首先是因为物体能够反射光,其次反射光进入了我们的眼睛才能被我们看见,这样我们才说看见了什么。假如在一片漆黑的地方,你觉得你还能看见什么吗?人类是这样的,但是对于某些动物,比如说猫,狗等一些具有夜视功能的动物,它们能看见东西,可以有主动权,在夜晚的时候,它们的眼睛可以发射光,光打到什么物体上然后反射回它们的眼睛就可以被看见,而这种功能恰恰是人类所不具备的。


哈勃望远镜能够看到什么物体,当然不是因为它可以发射出光线,和人类一样的是,它能够接收到来自多远的光线,它就可以“看”到多远。137亿光年外的光线传到地球上需要137亿年的时间,在这个过程里,随着传播距离的增加,地球能够接受到的光子的数量越来越少。用一句通俗的话来说,我们看到的宇宙,其实是在看它的过去。137亿光年这么远的距离,最终能够传到地球上光子的数量少之又少,虽然我们可以说哈勃望远镜看到了137亿光年之外的空间,但是这个看的过程也并不是想当然地一瞬间就可以完成,通常需要几天的时间接受到了足够数量的光子才能够显示完整的图像。至于这个图像上的东西,现在还在不在就说不定了。


这里所说的137亿光年,是我们能够看到的宇宙最远的距离,但是实际上宇宙是加速膨胀的,其半径大约在450亿光年,目前我们看到的137亿光年外图像,已经膨胀到了距离我们450亿光年外的地方。未来随着宇宙的膨胀,我们还可以看到更远的地方。


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