光速是宇宙最快速度,為什麼哈勃太空望遠鏡能觀測到137億光年以外的空間?

Beyond918



我們的宇宙起源於138.2億年前的宇宙大爆炸,大爆炸早期宇宙的膨脹速度是遠遠超過光速的,直到今天宇宙都還在超光速膨脹之中,超光速膨脹造成的直接後果就是宇宙的年齡和大小十分不匹配,現在僅僅是可觀測宇宙直徑就達到了930億光年,而宇宙的年齡才138.2億年,所以哈勃望遠鏡看得越遠,距離宇宙大爆炸就越近。

哈勃望遠鏡對原理和我們人眼的原理沒什麼區別,本質上都是對可見光進行收集,但不論有沒有哈勃望遠鏡,遙遠天體發出的光線都會存在於宇宙之中,所以說光就在那裡,哈勃望遠鏡不過是個發現者,而不是創造者。


哈勃望遠鏡的繼任者詹姆斯.韋伯望遠鏡在2021年就會正式升空開始工作,韋伯望遠鏡的鏡片直徑達到了哈勃望遠鏡的3倍,其主要任務是幫人類看清宇宙早期的秘密。

我們看到的宇宙都是過去的宇宙,光速限制了我們的視線,現在哈勃看到的幾百億光年外的天體現在可能已經消失了,但天體發出的光卻會一直在宇宙中傳播。

光速是我們宇宙中最快的速度,但這意味著人類永遠無法看到宇宙的全貌,不論人類製造多強大的望遠鏡都無法看到宇宙現在的樣子,所以現在的天文學家們其實是“宇宙考古學家”


宇宙探索未解之迷


關於這個問題,確實有不少人存在著疑惑,其實這都是源於概念上的誤解。首先,根據狹義相對論,真空中的光速是宇宙中最快的速度,這點沒錯。距離我們137億光年的地方,光需要137億年才能到達,這點也沒錯。概念弄錯的地方在於哈勃太空望遠鏡怎樣觀測到遙遠的星光。

哈勃不是通過發射出視線飛到遠方,再飛回來,然後看到遙遠的星系(或者其他天體)。而是星系發出的光穿過宇宙空間到達地球,哈勃接收到了這些光,所以才能看到遙遠的星系。根本就沒有視線這種東西,也沒有視覺超過了多少倍的光速,這些都是錯誤的概念。無論是哈勃太空望遠鏡也好,還是人的眼睛也好,之所以能夠看到物體,都是因為物體發出的光(或者反射的光)進入瞭望遠鏡或者眼睛之後進行成像的結果。

目前,哈勃觀測到最遙遠的星系位於131億光年之外,這意味著這個星系在131億年前就已經存在,它在當時發出的光穿過了浩瀚的宇宙空間,經過131億年的漫長旅行之後終於抵達地球,然後被哈勃捕捉到。因此,哈勃看到的是這個星系在131億年前的樣子。

我們知道,宇宙誕生於138億年前,這意味著我們最遠只能看到距離地球138億光年(光速乘以時間)之內的星系。因為隨著宇宙的膨脹,位於138億光年之外的星系遠離我們而去的速度已超過了光速,它們現在發出的光不再會進入我們的視界。事實上,整個宇宙的直徑達到了930億光年,這意味著很大一部分的宇宙是我們永遠也無法看到的。


火星一號


首先,哈勃太空望遠鏡能觀測到137億光年以外的空間,並不是視覺比光速快。視覺本來就是光作用於視覺器官。

目前大眾的常識是光速是宇宙最快的速度,並且光的速度是固定的,:c0=299792.458km/s (一般取300000km/s),並在物理計算時,將其作為固定常數。137億光年外的空間,就是光走了137億年到達哈勃望遠鏡可見區域。那麼,哈勃望遠鏡其實觀測到的是一些星系137億年前的狀態。所以,官方公佈的哈勃望遠鏡的探索成果,也是說“哈勃望遠鏡觀測到的目標中最遠的是137億光年的原始星系,這些星系的發出光芒來自大爆炸後剛剛形成的宇宙早期。”

官方認為哈勃望遠鏡證明了大質量黑洞在宇宙中普遍存在,而且觀測到宇宙膨脹的精確數據,並推測宇宙的年齡為138億年。此前宇宙膨脹一直只是個理論假設,現在也逐漸有天文數據進行證明。

其次,光速是不是固定不變的,還有爭議。如果光速並不是固定不變的,則天文學家認為能觀測到137億光年以外的空間,也不一定準確。目前學界的觀測推測都建立在愛因斯坦的光速極限理論上。

其實,科學界也有理論認為,光速並不是固定的,而是可變的,但是這個理論備受爭議。愛因斯坦在1912年論文中總結“光速恆定原理僅在引力勢能恆定的特定時空區域中成立”,但是在推導中發現不正確,1919年放棄了光速可變理論。後來有物理學家發明了模型,證明光速在溫度不同、引力不同的地方,速度可能會變化。當然,他們還沒能夠接受測試,證明其理論的正確性。如果未來得到驗證,可能愛因斯坦的引力理論就被推翻。那時,根據哈勃望遠鏡的天文數據推測的結論還會發生變化。

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鎂客網


我估計您的疑惑是:既然宇宙的年齡是137億年,那麼宇宙中最遠的天體離我們就應該是137億光年,那麼我們就不應該看到137億光年(注:光年是距離的單位,是光一年跑的距離)以外的宇宙,無論用多麼厲害的望遠鏡都不行!但是怎麼有報道天文學家觀測到了距離比137億光年還遠的天體的輻射呢?


其實您考慮的不錯,我們的確不應該而且也的確沒有觀測到137億光年以外的空間,當然也不會觀測到那裡的輻射。真實的情況是,目前天文望遠鏡所看到的最遠的天體的輻射就是宇宙大爆炸殘餘下來的宇宙微波背景輻射,紅移是大約1000。根據目前的宇宙演化模型可以計算出來,大爆炸發生的時間大約是137億年之前,也就是說,我們看到的輻射產生的地方距離我們137億光年。因此我們的確沒有觀測到過比137億光年還遠的天體的輻射。


但是,由於宇宙一直在膨脹中,而距離我們越遠的地方其膨脹“速度”(其實是空間膨脹的紅移--請看我剛剛回答的另外一個問題:奇想宇宙膨脹到超過光速會怎麼樣?)就越高,所以在宇宙微波背景的光產生之後向我們傳播的過程中,宇宙還在膨脹中。這些輻射傳播了137億年,宇宙就膨脹了137億年,產生我們看到的宇宙微波背景的那個地方現在距離我們已經是大約500億光年了,因此我們也可以說看到了500億光年遠的宇宙空間的天體發出的光!


聲明:由於太忙,我沒有時間讀我回答後面的評論和發給我的私信,當然也無法回答評論裡面提出的問題和回覆私信。如果您希望我回答您的問題,請在悟空問答提出,然後邀請我回答,我會在方便的時候挑一些問題回答。


張雙南


光速是宇宙最快速度,但是這與哈勃太空望遠鏡能觀測到137億光年以外的空間毫無關係。

因為,首先我們必須明確光速與光年是兩個概念。因為光年是光走一年的距離,而光速是光的速度。因此人類利用哈勃望遠鏡能觀測到137億光年以外的空間,並不是說望遠鏡裡面的可以有數倍光速的狀況。實際上,現在能觀測到137億光年以外的空間,只能說明在137億年前該空間是存在的。就像你拿望遠鏡能看見2018年7月27日發生的火星衝日現象,是因為在當天有這個現象發生,而不是你的望遠鏡功能極強,就可以看到火星衝日,比如今天晚上,你用價值幾百萬美元的望遠鏡也看不到這樣的景象!


同時,我們還應該明確光速就是現在最快的速度,不要說在望遠鏡裡光速不會變快,就是在宇宙飛船裡、航天飛機裡、火星探測器裡光速也不會改變。同時我們也應該知道就靠現在的探測手段,顯然對宇宙的探測還處在極其初級的階段。因此,人類必須繼續發展物理學才能飛出太陽系、飛出銀河系。


地震博士


題主這個問題涉及兩個方面的概念。

第一個方面,雖然我們都知道光速是30萬公里每秒,但是因為這個速度相對於我們人類的運動實在是太快了,所以我們會下意識地以為光速是無限的,以為光從一個點跑到另一點不需要時間,實際情況當然不是這樣。

因為光速有限,我們看到的所有物體,不論是眼前的人,還是宇宙深處的天體,都不是它們現在的樣子,而是之前的景象。假設一個人站在你面前3米處,那麼他身上反射的光子要0.00000001秒之後才能被你看到。太陽離我們1.5億公里,所以來自太陽的光子要8分多鐘才能到達地球,也就是說,我們看到的是8分多鐘之前的太陽,進入我們眼中的光子在八分多鐘前就從太陽出發了。由於太陽已經持續發光五十億年了,我們人眼又難以分辨光子和光子之間的不同,就會形成一種我們看到的太陽就是它現在的樣子的錯覺。實際上,假設太陽突然熄滅了,我們也要等到八分多鐘之後才能知道。

同樣的,假如有一個非常遙遠的天體,它在137億年前發出了一束光,這束光在宇宙中跑了137億年,終於到達了地球,被我們看到了。在我們接收到這個遙遠天體的古老的光的時候,我們並不知道它現在長什麼樣子,也不知道它現在是否還存在,即使這個天體已經完全消失了,但是隻要它發出的光還在宇宙中穿行,我們就還可以繼續看到它(很多年前)的影像。

第二個方面,觀測表明,宇宙在大尺度上是膨脹的,所以這個137億年前發光的天體,會在這束光傳向地球的過程中,因為宇宙膨脹而快速遠離我們(我們也在快速遠離它), 當我們現在接收到那束光的時候,這個天體(或者說它當時所在的位置)離我們已經遠不止137億光年了。

宇宙浩瀚無垠,個人水平有限。如有疏漏,請多指教。


喬小海


在專業人士看來,題主這個問題可能有些莫名其妙,但我卻理解題主的思路到底是什麼,因為我遇到過蠻多人有類似的問題。實際上,由於光實在是太快了,所以大家通常都意識不到,自己當前看到的事情其實並不是現在正在發生的事情。舉個例子來說,你看到一輛車撞到了一根柱子,你當然會認為自己看到這件事的一瞬間,車正好撞到了柱子。實際上,光的傳播是需要時間的,這就意味著一件事情首先發生,然後才被光以攜帶信息的方式傳進了你的眼睛裡。這就說明,我們看到的其實並不是實時的畫面,而是有一定延遲的。這個延遲在日常生活中完全感受不出來,所以題主才會有類似的疑惑,誤以為我們看到了137億光年外空間中正在發生的事件。

但是隻要宇宙距離稍微大一點,光速的限制就會展現的淋漓盡致。舉個例子來說,太陽發射出來的光要經過八分鐘左右才能夠到達地球,這就是說,我們看到的其實是八分鐘之前的太陽,而不是當下的太陽。其實都不需要太陽的距離,我們就能感受到這種延遲效應了,比如國內遊戲用戶如果登錄位於北美或歐洲的服務器,那麼延遲往往比位於國內的服務器要大一些,這是因為信號通過光纜的傳輸,是需要時間的。

回到題主的這個問題,其實我們看到的是137億年前發生的事情。當然了,這個回答中並未包含宇宙膨脹的內容,那就是另外一個有趣的話題了。


看風景的蝸牛君


好的,我直接說答案吧,哈勃為什麼能看到137億光年之外的宇宙空間呢,答案就是哈勃捕捉到了該空間內137億年前發出來的光,通俗的解釋就是光飛了137億年之後到達了地球,所以被哈勃看到了,和望遠鏡本身沒關係,但是這裡要注意一下,哈勃看到的宇宙空間是137億年前的宇宙景象,因為光飛到地球需要時間,所以人類在宇宙看到的都是過去,所以我的解釋你們明白了嗎。



以下是延展知識 :

實際上,在我一開始對於宇宙的認知當中,如果我們這個宇宙只有137億年左右的時間歷程,那麼人類最多可觀測的宇宙範圍大概是以地球為中心,然後以半徑137億年形成一個圓,這個圓就是人類目前可以看到的全部宇宙,不過後來我瞭解到,我們人類能看到的宇宙範圍實際上遠遠超過137億光年,那麼問題來了,這是為什麼呢。

那麼,這裡要提出一個概念,就是宇宙膨脹,現代的科學研究認為,我們這個宇宙從大爆炸開始就一直開始膨脹,宇宙中所有的星雲都在互相遠離,而且距離越來越遠,速度也越來越快,後來人類又發現了紅移現象,這也進一步為膨脹說奠定了基礎,那麼我們說宇宙膨脹和我們可以觀測的宇宙範圍有關係嗎,答案是有,而且關係非常大。



目前,人類實際上能看到的宇宙極限範圍大概是450億光年左右,那麼換句話來說,光速是如何在137億年的時間內,產生450億光年的距離呢,打個比喻,氣球上兩個點,光從其中一個點到另外一個點需要1秒鐘,但是如果氣球被吹的無限大,兩個點之間的距離就會被無限的拉長,光達到的時間也會隨之增加,從這一點來看,我們看到的宇宙就比想象中的要大。


所以假如你是在一條高速公路上,你發現之前還在前面的車子忽然不見了,而且你無論怎麼加快速度也追趕不上,這不是因為前面的車子速度比你快,而是你們腳下的公路在不斷的拉長,所以事實上我們能看到的宇宙視界半徑大概就是450億年左右,超出了這個範圍,人類既無法進行觀測,也無法進行干預,這也是所謂的平行宇宙論,所以,隨著宇宙的逐漸膨脹,人類在未來可能還能看到更遠的地方...........


種植恆星


哈勃其實並不能看到137億光年以外的空間,因為宇宙的年齡才137億年,光最多飛出的距離也就是137億光年。所以,對於137億光年以外的星系,人們並沒有看到。人們看到的都是這些星系很多億年以前的樣子,而非現在的樣子。



那為什麼還說哈勃發現宇宙測量距離上最遙遠的古老星系呢(此星系遠遠大於137億光年)?

注意,這裡獲得的星系數據並不是這個星系現在的樣子,而是宇宙大爆炸不久後的樣子,可能是大爆炸5億年後,也可能是7億年後,具體多少年要根據紅移的程度計算。這個星系之所以距離地球超過了137億光年的距離,是因為它發出我們今天看到的光後,就飛速地遠離了地球。比如我們哈勃接收的是它在宇宙大爆炸7億年後發出的光,那麼這個古老星系發出這個波長的光之後,到地球上的哈勃接收到,已經隨著宇宙膨脹了130億年!在這130億年間,因為宇宙膨脹,它和地球的距離已經遠遠大於了137億光年!如下圖所示:



當然了,如果我們想要看到這個星系現在的樣子,那必須再等上八九百億光年才行。所以說,哈勃看到的都是這些星系過去的樣子,並不是現在的樣子。而我們的視覺速度也不可能超過光速。



至於宇宙為什麼直徑大於137億光年,那是因為宇宙經歷的暴脹階段,其膨脹速度已經超過了光速。所以才導致我們看到的一些星體,其和地球的實際距離已經超過了137億光年。


科學探秘頻道


非也。哈勃觀測到的137億光年遠的宇宙,它的光當然是走了137億年才到了地球的。所以,我們用哈勃望遠鏡看到的,不過是這個星體137億年前的樣子,“現在”它的樣子已經不是這個樣子了,它“現在”的照片則要137億年之後(假定我們之間距離不變,實際卻不是)才又傳到地球。



所以我們看到它不是說我們比光速快了,而是因為這是個單向的信件。如果我們回個信,再等回信,那最快又要2個137億光年了。。。

如果我們地球與在月球上的宇航員的天地對話直播,你會發現我們問完問題後,會等幾秒之後宇航員才表示聽到了問題並開始回答,也是這個原因。因為地月距離38萬公里,需要一秒多,光(電波同速)才走完(當然這裡還包括其他的設備遲滯因素),來回就2秒多了。


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