哈勃定律的几何意义
:根据广义相对论,宇宙膨胀是时空度规的动态演化。在均匀各向同性的宇宙模型中,空间的膨胀表现为星系间的距离随时间线性增加,而这种膨胀速率在大尺度上可以叠加,导致退行速度超过光速。例如,将宇宙比作一个膨胀的气球,气球表面的斑点(星系)并未在气球表面移动,而是气球本身的扩张导致斑点间距离增大。
局部与全局的差异
:在局部引力主导的区域(如银河系),天体间的引力作用抵消了宇宙膨胀效应,因此我们观测到仙女座星系仍在向银河系靠近。但在大尺度上,空间膨胀占据主导,退行速度随距离累积,最终超过光速。
宇宙红移
是由于空间本身的膨胀拉长了光的波长。当远方星系发出的光到达地球时,空间已经膨胀了很多倍,导致我们观测到的光波变得更红。
对于距离非常遥远的星系,由于空间的不断扩张,这些星系相对于我们的退行速度可以超过光速。
这不是星系在空间中以超光速运动,而是空间本身在变大
。
参考系的区分
:相对论中的光速限制适用于
局部惯性参考系
,即观测者所在的邻近时空区域。而宇宙膨胀是全局时空的属性,不同星系处于不同的共动坐标系中,彼此间的退行速度并不受局部光速限制。例如,在广义相对论中,两个相距甚远的星系并不共享同一惯性系,因此它们的退行速度可以超过光速,而这并不违反相对论的因果律。
可观测宇宙的边界
:尽管宇宙膨胀速度超过光速,但我们只能观测到退行速度小于光速的区域,即
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