第4章 宇宙膨胀

人类对时间概念的误解，长久以来导致了对宇宙的诸多曲解。诸如宇宙是否以超光速在膨胀？可观测宇宙的半径真的锁定在465亿光年吗？宇宙的形状是什么样子？

爱因斯坦揭示，时间乃是除长宽高三维之外的第四维度，且与长度具有等效性。换言之，一秒的时间跨度，在某种意义上，可等同于约三亿米的长度。由此，我们甚至可以说，此刻的我与一秒前的我，在距离上已相隔约三亿米之遥。

在宇宙中，是否存在绝对静止的物体？这个问题，对于稍有物理学常识的人来说，或许显得有些荒谬。因为运动与静止，不过是相对于所选参照系而言的相对概念。一个多世纪前，科学家曾构想出一种名为以太的绝对静止物质，认为它无处不在，是光传播的媒介，所有物体皆相对于以太运动。然而，迈克尔逊-莫雷实验却最终否定了这一观点，证明了以太并不存在。

但我要告诉你的是，宇宙中确实存在一个绝对静止的参照点——那就是宇宙大爆炸的奇点。宇宙中所有有质量的物体，都在以光速向四周远离这个点。奇点，作为时间和空间的起点，由于各物体远离的方向各异，从而形成了我们所见的宇宙膨胀现象。这一过程中，并不需要暗能量的参与。

那么，奇点究竟在何处呢？你只需伸出手指，指向任意一个方向。没错，无论哪个方向，只要你顺着它延伸137亿光年，便会到达那个奇点所在的位置！但这并不意味着满天都是奇点。奇点，它是一个独一无二的点，这正是宇宙的奇妙与神秘之处。当然，我们无法通过光学手段直接观测到奇点，因为我们所能看到的最古老的光，是宇宙微波背景辐射，那是大爆炸后38万年才产生的。在此之前，光子尚未脱耦，因此我们无法窥见奇点的真容。

关于宇宙膨胀是否超光速的问题，许多人认为宇宙膨胀是超光速且不违反相对论的。他们常喜欢用气球膨胀、面包上的葡萄干或橡皮筋上的蚂蚁等例子来形象说明，这些陈词滥调相信大家并不陌生。但实际上，宇宙膨胀的速度并不超光速，而是等于光速。宇宙的年龄，可通过光速除以哈勃常数来计算。而距离我们最遥远的物体，便是那个绝对静止的奇点。更遥远的位置，则是连空间都不存在的一片虚无。

至于可观测宇宙的半径是否为465亿光年，这一结论又是如何得出的呢？我们所观测到的遥远天体，并非其当前的状态，而是其过去的样子。越是遥远的天体，其年龄越为年轻。科学家根据宇宙膨胀的速度，计算出最远天体如果膨胀到现在，即宇宙137亿岁时，它与我们的距离。但这一计算方式存在误区。因为奇点是时间和空间的起点，时间是宇宙膨胀的因，也是产生空间的因。时间和空间是相互依存、无法分割的。我们无法脱离时间而单独用空间来描述整个宇宙，这种方法只能描述其局部。例如，目前观测到的最遥远天体JADES-GS-z14-0，距离地球130多亿光年，但其年龄仅约三亿岁。用简单的逻辑推算，三亿岁的它便跑到130亿光年之外，那么当它与地球同龄时，距离将远超现在的四十倍，即五千亿光年开外。随着科技的进步，未来定会有更遥远的天体被观测到，届时对于宇宙的描述和计算也将面临新的挑战。

至于宇宙的形状，科学家们众说纷纭，有认为是球形的、马鞍形的，还有认为是甜甜圈形的。但实际上，我们无法让宇宙定格在某一时刻来描述其形状。正如老子所言：“大音希声，大象无形。”宇宙的形状，已经超出了我们三维视觉所理解的范围。

一些科学家推测，随着宇宙的持续膨胀，在暗能量的驱动下，那些遥远的天体终将超越光速，逐渐远离我们的视线。届时，我们将再也无法观测到它们，银河系或将成为宇宙中的一叶孤舟，除邻近的几个星系外，四周将是一片虚无。然而，事实真的如此吗？答案是否定的。暗能量或许并不存在，而我们可观测宇宙中的物质，不仅不会减少，反而可能会日益增多。

宇宙中的第一缕光，即宇宙微波背景辐射，诞生于大爆炸后的38万年。在此之前，由于宇宙物质密度极高，光子被厚重的物质紧紧束缚，整个宇宙沉浸在一片黑暗之中。直至38万年后，随着宇宙的膨胀，物质逐渐稀疏，光子终于挣脱束缚，这一过程被称为光子退耦。若以超越宇宙的上帝视角审视，那一刻，整个宇宙仿佛突然焕发了光明。而对于身处宇宙之中的我们而言，由于光子传播需要时间，只有历经漫长旅程抵达地球的光子，方能进入我们的视野。这便形成了以我们为中心，半径达137亿光年的球形区域，其表面即为最初散射面，也是我们可观测宇宙的边缘。

试想，在光子刚刚退耦之时，我们的可观测宇宙何其渺小，最初散射面如同屏障，遮挡了我们的视线。然而，随着时间流逝，更遥远的光子不断抵达，我们所能观测到的物质也日益增多。随着最初散射面以光速向四周扩张，越来越多的曾被遮挡的物质将涌入我们的视野，我们的宇宙也将因此变得更加丰富多彩。