宇宙930億光年怎麼得出的

很多人都聽說過我們的可觀測宇宙有930億光年大，但它誕生至今卻只有138億年， 你可能會感到困惑，這是怎麼一回事呢？不是說光速是恆定的嗎？它只有那麼快，我們是怎麼看得到930億光年外的宇宙的？

什麼是可觀測宇宙

首先說明一下，930億光年指的是可觀測宇宙的直徑，半徑是465億光年。

可觀測宇宙是指以我們地球為中心，向各個方向所能看到的最遠距離，這就是我們的可觀測宇宙的半徑範圍，這個半徑大約是465億光年，超過這個半徑以外的宇宙我們是觀測不到的。而這個半徑在三維空間裡就構成了一個以地球為中心的球體，這個球體就是我們的可觀測宇宙的全部，它的直徑就是930億光年。

宇宙的距離沒那麼簡單

實際上我們的宇宙的直徑是肯定不止930億光年的，自然它的半徑也肯定不止465億光年。

但是即使是這465億光年，也並不是實際觀測到的距離值，也就是說，它並不是我們現在能觀測到的距離，而是一個理論計算值，而這個理論計算值是根據宇宙的年齡和用於計算宇宙膨脹速率的哈勃常數按照理論模型確定的。

至於這個理論計算值的具體含義我們稍後再說，我們從最簡單也是最常見的距離講起。

最直觀的距離單位——光年

我們知道，按照現有的物理理論，光速是一個恆定的值，因此它可以用於計算距離，現在我們在計算宇宙天體的距離時常用的單位光年就是指光一年所經過的距離。

而按照目前的宇宙大爆炸理論和測量得到的哈勃常數計算，宇宙的年齡約為138。2億年。也就是目前我們所能接收到的最遠的資訊，傳播到地球的時間也就是138。2億年，它們經過的距離就是138。2億光年了。

你會發現這個時候出現了兩個觀察極限的距離，一個是465億光年，一個是138。2億光年。

以光為尺——光行距離

138。2億光年這個距離就是我們第一個要介紹的宇宙學距離——光行距離。光行距離顧名思義就是光行進的距離，由於光速是一個恆定值，因此，光行距離只要以光速乘上一個具體的時間就能得到具體的距離。（比如以光速乘上1年，得到的就是一光年的距離，他大約相當於365。25x24x3600x299792458=9460730472580800m=9460730472580。8km）

因此，也就是說，

由於我們宇宙的年齡所限，我們能看到的最遠距離就是光行距離138.2億光年，這就是我們的可觀測極限。然而我們所處的宇宙並非是靜態的，它從誕生開始就一直在不停地膨脹，因此當我們看到這些光行距離138.2億年的天體時（假裝這個距離上有天體吧，比較好理解），它們早已經不在原來的位置上了，也就是它們現在並不在138.2億光年處。

膨脹的宇宙

在上世紀20年代末，美國天文學家愛德文·哈勃利用對Ia型超新星的光譜分析，發現宇宙中所有方向上的遠方星系都在遠離我們，而且遠離的速度與距離存在比例關係，距離地球越遠，遠離的速度越快。

這種現象讓已經從地球中心說和太陽中心說裡解脫出來的科學家相當困惑，因為這意味著地球處在一個特殊的位置，類似於一個爆炸的中心，所有的遠方星系都在遠離我們這個中心。

不過很快，科學家就給出了一個最為簡潔的解釋：

宇宙正在膨脹。

我們可以試想象這樣一種情況：在一個膨脹的氣球表面，隨著氣球膨脹，氣球上的a、b、c三個點會互相遠離，我們假設b處在a和c之間，那麼同一時間內ac之間膨脹的距離將等於ab之間膨脹的距離加上bc之間膨脹的距離，這樣，在a看來，c遠離的速度就會比b更快。這樣，地球就無需處在一個特殊的位置。

空間在膨脹——共動距離

但是問題來了，宇宙在膨脹，宇宙就不再是靜態的了，它是一個動態宇宙。如果空間在膨脹，光速就沒法代表真實的距離了……

試想一下，當一束光從a射向c，但這傳播的過程中，a與c之間的空間一直在膨脹，當a到達c的時候，ac的距離早已不是原來的距離了。

這就使距離變得比較複雜了，可以說根本沒法確定距離，因為宇宙一直在膨脹，你想知道某個距離得先確定那是什麼時候的距離，因為ac之間的實際距離隨著空間的膨脹，每時每刻都不一樣，它是隨時間變化的……

既然觀察到的空間膨脹是各向同性而均勻的，那能不能把尺子固定下來呢？也就是說隨著空間膨脹，我們用來測量空間的尺子也一起膨脹，這樣距離就不會隨時間發生變化了，我們就可以定義任意時刻天體間的距離，甚至宇宙的大小了。

答案是肯定的，而這種尺子隨空間膨脹的距離就叫共動距離。

真實的距離——固有距離

那麼問題來了，這把尺子的數值是什麼時候確定下來的呢？當然是現在了。因為我們對空間距離的定義是基於現在的，這意味著所有尺子的測量和定義都是基於現在的。

當尺子被固定下來後，宇宙的大小和星系距離就不會再隨時間變化了，那麼它現在多大呢？答案就是前面所說的：465億光年。這個就是我們可觀測宇宙的實際半徑，實際的直徑也就是930億光年。

這個值是怎麼得到的呢？前面已經簡單說過，就是

在確定了宇宙年齡後，光速138.2億年時間所經過的距離，也就是138.2億光年的光行距離，根據理論模型、哈勃常數得到的宇宙膨脹率計算在這138.2億年裡，這段光行距離距離現在膨脹到多大，計算結果就是465億光年。

這個距離就是我現在我們所能觀察到的可觀測宇宙邊界的真實距離，這個距離就稱為固有距離。它代表實際的距離，而由於前面提到的定義的緣故，現在的可觀測宇宙的固有距離就等於共動距離。

總結——你需要知道的

我們來總結一下上面介紹的三種距離。我們最熟悉的大概就是光行距離了，我們常常聽到的某顆星星距離我們多少光年，比如我們太陽系距離銀河系約2。6萬光年這樣的距離用的就是光行距離，它是最直觀最容易理解的距離。

實際上在很多的書籍中結束遙遠星系所用的也是光行距離，比如前些年報道科學家發現一個最遙遠的星系距離我們132億光年，你很容易就能知道這個星系在宇宙大爆炸後6億年後就已經誕生了。

但光行距離實際上既不代表這些光發出時與我們的距離，也不代表這些光到達時跟我們的距離

……這就很尷尬了……

實際上那些光發出時，這些星系距離銀河系所在的空間位置遠小於132億光年，而光到達時，這些星系距離銀河系又遠大於132億光年。這就是光行距離……一種本來很精確結果被宇宙膨脹坑慘了的距離……

至於共動距離，主要是方便研究星系相對位置和物質密度，由於它一經確定，就不再受宇宙膨脹的影響，因此可以確定任意星系間的距離，也可以確定一定區域內星系的密度。但它本身只是一個定義值，不具有真實性，只不過它本定義為現在的真實值。

固有距離顧名思義就是本來的距離。它是一個靜態宇宙下定義出來的真實值，是此刻讓宇宙定格不再膨脹時所能測量到的距離值。

這就是我們日常使用的距離，諸如上海到北京的距離就是固有距離。

但由於我們的宇宙是動態膨脹的，因此固有距離的值是會隨時間變化的。

我們可觀測宇宙半徑465億光年指的就是這個固有距離。也就是光行距離138。2億光年外的星系的現在距離我們的真實距離是465億光年，但此時的這個星系我們是看不見的，即使現在宇宙不再膨脹，它現在在465億光年外所發的光也要465億年後我們才能看到。

因此，雖然說可觀測宇宙是465億光年，但你千萬不要以為我們現在能看到465億光年外的光。