最后更新：2025年9月3日

宇宙有多大？在宇宙视界与无限之间

可观测宇宙极限的悖论：宇宙学视界

可观测宇宙的半径约为460亿光年，这一数值看似矛盾，因为宇宙的年龄估计为138亿年。这一悖论可通过宇宙膨胀来解释：空间本身在不断拉伸，使得光能够传播的距离远超光速与宇宙年龄的简单乘积。

宇宙的膨胀意味着空间本身随时间不断增长。并非星系像火箭一样在空间中“穿行”，而是它们之间的空间在拉伸，这有点像画在膨胀气球表面的点。

这一观点于1929年由埃德温·哈勃证实，他观察到星系离我们越远，其远离我们的速度就越快。这可以用一个简单公式概括：\(v = H \times d\)，其中 \(v\) 为退行速度，\(d\) 为距离，\(H\) 为哈勃常数。

由于这种膨胀，可观测宇宙的尺度远大于其年龄所对应的光年数：尽管宇宙已有138亿年的历史，但其可观测半径却达到了约460亿光年。来自遥远星系的光线经历了漫长的传播，但空间在其传播过程中不断拉伸。

注：最近的发现甚至表明，这种膨胀正在加速，仿佛有一种神秘的“暗能量”在推动宇宙越来越快地扩张。

在给定宇宙学时刻测量的距离被称为共动距离，即通过“冻结”某一时刻的膨胀来定义。这是目前用于表达138亿年可观测半径的定义。

然而，共动半径对应一种距离测量方式，对于给定天体而言，该距离不随宇宙膨胀而改变。例如，某星系发出的光需138亿年才能抵达地球，其当前共动距离约为460亿光年。这一参数对比较宇宙学尺度至关重要，因为它消除了膨胀效应，清晰界定了可观测宇宙的体积。

注："46.5 Gly" 这一数值指的是当前的共动距离，而非光的传播时间；其差异源于空间的膨胀。

在这个460亿光年的视界之外，存在着我们无法观测到的宇宙部分。自大爆炸以来，这些区域的光尚未抵达地球。根据标准宇宙学模型，宇宙可能是无限的，也可能是有限但无边界的。

要理解可观测宇宙，必须区分几种距离和时间的概念。这些概念共同有助于更直观地认识可观测宇宙的结构与演化。

视野与特征值的比较
概念	定义	指示性价值	如何
可观测共动半径	今天到最后一个散射面的共动距离	≈ 465亿光年	模型依赖值，常被引用为“460亿光年”。
可观测直径	两倍的共动半径	≈ 930亿光年	观测者中心球体对应的共动体积。
哈勃半径	\(c/H_0\)，特征尺度	≈ 144亿光年	与 \(H_0\) 值相关的尺度；与粒子视界具有不同的物理含义。
宇宙的年龄	自大爆炸以来所经过的时间	≈ 138亿年	由CMB和宇宙学数据合成得到的良好约束参数。

根据爱因斯坦的狭义相对论，真空中没有任何物体的速度能超过光速。这一速度极限 \(c \approx 299,792\) 公里/秒，是因果律及时空结构的基础。因此，宇宙飞船或粒子在空间中局部运动时，永远无法达到或超越这一速度。

然而，在宇宙尺度上存在例外情况。宇宙膨胀能使两个天体以看似超光速的速度分离，且不违背相对论。实际上，并非天体在空间中运动速度超过 \(c\)，而是它们之间的空间本身在拉伸。这解释了为何在标准 \(\Lambda\)-CDM 模型中，极遥远的星系看似正以超光速远离我们。