哈勃定律：星系遠(yuǎn)離的速率和距離成正比
好吧，宇宙是超光速膨脹了，但人類的可觀測(cè)范圍不應(yīng)該超光速??？
可觀測(cè)代表的是，理論上，光線或是其他信號(hào)，有從物體到達(dá)觀測(cè)者的可能，與人類的探測(cè)能力無關(guān)。那么這個(gè)到達(dá)觀測(cè)者的光線可能是從很久以前，光源離地球還比較近時(shí)發(fā)出來的。后來這個(gè)光線身后的空間以超光速膨脹了，但此時(shí)光線已經(jīng)跑得足夠接近地球了。地球接收到這樣的光線，反推發(fā)出它的光源現(xiàn)在與地球的距離，就會(huì)得出超過光速的可觀測(cè)半徑。（如果對(duì)這一點(diǎn)還不太理解的話，文章最后附有練習(xí)）
咦？怎么這么巧，離地球越近的空間膨脹得越慢？
我覺得這里會(huì)有人蹦出來問難道地球是宇宙的中心的問題...宇宙沒有中心，想象吹脹一個(gè)氣球，那么氣球上任何兩點(diǎn)都在遠(yuǎn)離彼此。實(shí)際上，哈勃定律的含義是，宇宙介質(zhì)在按保持其均勻的方式在膨脹。想象一團(tuán)不考慮熱運(yùn)動(dòng)的均勻氣體，氣體在保持均勻地膨脹
好吧，那宇宙年齡是怎么算出來的呢？
宇宙既然是在膨脹，那么反推回去必然有一個(gè)密度為無窮的時(shí)刻，把這個(gè)時(shí)刻規(guī)定為零點(diǎn)，到現(xiàn)在的時(shí)間就是宇宙的年齡。這種用哈勃定律反推的方法得出的宇宙年齡叫哈勃年齡，具體還要考慮加速膨脹的修正，詳情請(qǐng)自行閱讀維基百科...
附加一個(gè)問題作為練習(xí)：我們接收到的宇宙微波背景輻射就是來自上面所講的可觀測(cè)半徑嗎？
我們現(xiàn)在看到的微波背景輻射，就是 宇宙大爆炸再?gòu)?fù)合時(shí)期逃逸的光子
（因?yàn)樵谶@之前，宇宙是一個(gè)對(duì)光子不透明的等離子體）
這件事發(fā)生在距今約138億年，發(fā)射這些輻射的物質(zhì)現(xiàn)在已經(jīng)凝聚為星系，這些星系距離我們約460億光年[3]
再對(duì)比題主題目中的數(shù)據(jù)，你應(yīng)該清楚這兩個(gè)數(shù)據(jù)是怎么回事了吧~
這個(gè)問題的常見困惑在于，既然光速不變，那么如果我們看到一個(gè)138億年前的天體，為什么它會(huì)距離我們超過138億光年？產(chǎn)生這個(gè)結(jié)果的原因在于宇宙不是靜態(tài)的，而是不斷膨脹的。
讓我畫個(gè)很土的圖來說明一下，假設(shè)一開始有兩個(gè)星系，相隔一段距離。我們用"S" 來表示星系，">"來表示星系發(fā)出的光，左邊那個(gè)星系發(fā)出了一個(gè)光子：
_____________
（請(qǐng)忽略圖里的下劃線，純粹是用來對(duì)齊的...）
這里有三個(gè)長(zhǎng)度：1）從光子的角度來說，這個(gè)過程中它實(shí)際走了138億光年；2）從星系角度來看，當(dāng)右邊那個(gè)星系收到光子的時(shí)候，左邊那個(gè)星系的實(shí)際距離已經(jīng)超過了光子實(shí)際走過的距離，即大于138億光年；3）同時(shí)可以推論，在一開始的時(shí)候，兩個(gè)星系間的距離小于138億光年。這個(gè)是宇宙膨脹的自然結(jié)果，如果宇宙是靜態(tài)的，那這里的三個(gè)長(zhǎng)度都等于138億光年。
如要計(jì)算兩個(gè)星系間當(dāng)前的實(shí)際距離，那需要知道宇宙是怎么個(gè)膨脹法的。測(cè)量宇宙的膨脹歷史是現(xiàn)代宇宙學(xué)最重要的內(nèi)容之一。
關(guān)于哈勃定律的問題可以參考梁燦斌教授的《微分幾何與入門與廣義相對(duì)論》，理論類研究在arXiv.org上有很多最新研究結(jié)果，在我最近的一篇論文中也有提到，見http://arxiv.org/abs/1312.3110
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