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近一个世纪以来，宇宙膨胀速度的问题一直困扰着天文学家。不同的研究不断得出不同的答案——这让一些研究人员怀疑他们是否忽略了宇宙运行机制中的一个关键机制。现在，加州大学洛杉矶分校一个天文学家领导的研究小组通过开拓一种测量宇宙膨胀速度的新方法，向解决这一争论迈出了一步，该小组的研究发表在2019年1月22日的《皇家天文学会月报》上。争论的核心是哈勃常数，这是一个与星系红移有关的距离数字——当光穿过膨胀宇宙到达地球时被拉伸的距离。哈勃常数的估计范围是每秒67到73公里，这意味着空间中相距1百万秒的两个点(相当于326万光年)以每秒67到73公里的速度相互远离。
加州大学洛杉矶分校博士后学者、该研究的第一作者西蒙·比勒(Simon Birrer)说：哈勃常数锚定了宇宙的物理尺度，如果没有哈勃常数的精确值，天文学家就无法准确地确定遥远星系的大小、宇宙的年龄或宇宙的膨胀历史。大多数计算哈勃常数的方法都有两个组成部分：到某个光源的距离和该光源的红移。
为了寻找在其他科学家计算中没有使用过的光源，Birrer和他的同事们转向类星体，类星体是由巨大黑洞提供能量的辐射源。在他们的研究中，科学家们选择了类星体的一个特定子集——这些类星体的光线被一个介入其中的星系引力所弯曲，这个星系产生了天空中类星体的两幅并排图像。
这两幅图像中的光通过不的路径到达地球，当类星体的亮度波动时，这两幅图像会一个接一个地闪烁，而不是同时闪烁。这两个闪烁之间的时间延迟，以及干涉星系引力场的信息，可以用来追踪光的旅程，并推断出从地球到类星体和前景星系的距离。了解类星体和星系的红移使科学家们能够估计宇宙膨胀速度。作为国际H0liCOW合作项目的一部分，加州大学洛杉矶分校的研究小组此前曾将该技术应用于四层成像类星体的研究，其中四张类星体的图像出现在前景星系周围。为了证明这项技术，ucla领导的研究小组研究了一种名为SDSS J1206+4332双成像类星体；依靠的数据来自哈勃太空望远镜、双子座和凯克天文台，以及来自引力透镜宇宙监测网络(COSMOGRAIL)的数据。
哈勃太空望远镜拍摄的双像类星体图像，图片：NASA Hubble Space Telescope, Tommaso Treu/UCLA, and Birrer et al
该网络由瑞士洛桑联邦理工学院管理，旨在确定哈勃常数。加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授、论文的第一作者托马索特鲁(Tommaso Treu)说：研究人员连续几年每天拍摄这颗类星体的图像，以精确测量图像之间的时间延迟。然后，为了得到哈勃常数的最佳估计数，将在类星体上收集的数据与之前在三个四重成像类星体上的H0liCOW合作收集的数据结合起来。
这项测量的美妙之处在于，它与其他测量方法具有高度的互补性和独立性。由加州大学洛杉矶分校领导的研究小组估算出哈勃常数约为每秒72.5公里/百万秒，这一数字与其他科学家在研究中确定的数据一致。在这项研究中，科学家们将超新星的距离（遥远星系中的爆炸恒星）作为关键的测量指标。
然而，这两项估计都比一项估计高出约8%，后者依赖于一种被称为宇宙微波背景辐射(cosmic微波background)来自天空的微弱光线。宇宙微波背景辐射是大爆炸38万年后的遗迹，当时光线首次在太空自由穿行。如果这些值之间真的存在差异，那就意味着宇宙要复杂一些。另一方面，也有可能是一种测量方法——或者三种方法都是错的。研究人员现在正在寻找更多类星体来提高哈勃常数测量的精度。这篇新论文最重要的之一是，双像类星体为科学家们的哈勃常数计算提供了更多有用光源。不过，目前ucla领导的研究小组正将研究重点放在40个四倍成像类星体上，因为它们提供的有用信息可能比两倍成像类星体还要多。
相对论的计算方法
量子理论更多地是创造了一些常识之外的概念，接受了量子的概念之后，就能很大程度上理解那些“反常识”了；但相对论则恰恰是涉及到常识之中的基本概念，比如时空和速度。每个人都以为自己知道这些概念，但相对论却对它们做了更加严格的区分和定义。
最常见的狭义相对论（Special relativity）表述有两条假定（公理），其中一条即：光速对所有的惯性观测者都是一样的。而结合另一条公理（所有惯性参考系里的物理定律都一样），可以推出所有的能量传递速度上限是光速。
惯性参考系，就是（考虑一个4维）时空（Spacetime）S，其中无穷小的两点“距离”。
其中dt, dx, dy, dz是两点的坐标（实在对解释坐标是什么感到无能为力，大概就是常识理解的那样）之差，这样的空间被成为闵科夫斯基空间 (Minkowski space，你需要记住这个名词，简称闵氏空间)。一个惯性观测者，就是相对于惯性坐标系，以恒定的 3-速度 运动的观察者，这里的3-速度，就是常识中的速度：空间距离除以时间距离。
注意：这里的速度只能在惯性参考系中定义，狭义相对论中受到光速限制的速度即是这种速度。
宇宙的大尺度时空结构
观测（主要是微波背景辐射）显示，在我们所处的宇宙中，时空在大尺度上（大于一亿光年，作为参考，银河系可见物质直径是十万光年左右）是平直的。这里的“平直”就按常识理解。
在描述整个宇宙的时空结构时，我们采取了这样一种描述方法：宇宙的各个角落由一个相同的坐标系描述。在某个时刻，把宇宙的各个地点的时间都调成一样（关于这个问题有一些技术细节，请询问专家）。于是整个宇宙就可以通过一套坐标系统来描述。
这个天体“远离我们的速度与它和我们之间的距离成正比”，即著名的哈勃定律。
物理是一门实验科学，研究的是可观测量（Observable）。那么这个速度的观测效果是什么呢？是光谱的红移，这是一种宇宙学红移，和物体实际运动造成多普勒红移是不一样的。而宇宙学红移在一阶近似下与退行速度是一样的。因此，注重观测的天文学家就会用另外一套语言（也是最初的方式）来描述哈勃定律：观测天体的红移与地球之间的距离成正比。
“超光速”区域？
如果你已经读到了这里，相信已经理解：那些“超光速”的天体是看起来超光速，而非真正地以速度超越光速。那么那些超光速的天体，对我们来说意味着什么呢？
决定宇宙膨胀行为的参数最重要的就是尺度因子。在假设时空是平直的条件下，尺度因子的变化由爱因斯坦场方程决定。
寻常物质和暗物质的能量密度，它们与宇宙的尺度的三次方成反比，因而会随着宇宙膨胀而减小；
暗能量的能量密度，根据观测，它极有可能是个常值！于是，从遥远的未来时刻起，宇宙的膨胀将完全由暗能量主导。
宇宙将作指数膨胀（这在宇宙暴胀时期也存在过）！这种行为的时空结构，也被成为德西特空间。考虑一个天体，位于坐标系处，因而与我们的距离是无穷大的。假设退行速度已经等于光速c, 很容易就求得它的距离。然后，让外星人从那个天体上向地球发射一道光，过了一定的时间之后，我们接收到了它，得到该时间也为
无穷大。
也就是说，地球上永远也无法接收到那道光。鉴于光速是无法逾越的，那个距离外的天体就永远地与地球失联了。而这个标志可观测宇宙与不可观测宇宙的界限，也被称为德西特视界(de Sitter horizon)。
考虑到这个视界是不随时间变化的，是恒定的，那么这个视界内存在的坐标肯定是越来越少的，每个坐标的间距将越来越大。因为，那些遥远星系几乎可以被认为是固定在它们的坐标点上，随着宇宙的膨胀而拉远，所以我们能看到的遥远星系也会越来越少。
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