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宇宙是怎么在大约138亿年的时间里扩张到900多亿光年?

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在大约138亿年前,我们的宇宙从一个极其炽热、致密的初始状态中“诞生”了,这个事件被称为“大爆炸”。

人们往往误解“大爆炸”是某个点在空无一物的空间里爆开,但更准确的说法是:当时的时空自身处于一个无比紧缩的状态,然后整个空间同时开始扩张。在宇宙初生的极短瞬间,发生了“暴胀”(Inflation)这一阶段:宇宙在极短的时间内极速膨胀,尺寸几乎以无法想象的倍率增长。这使得原本微小的区域拉伸到宏大的尺度,为后续的缓慢扩张奠定基础。

在随后的几十亿年里,暴胀停止后,宇宙的膨胀速率减缓,但仍持续向外扩张。由于空间本身在拉伸,星系之间的距离不断拉大,并非是星系在空间中向外飞驰,而是空间在它们之间“变多”了。

值得注意的是,这种扩张并不违反光速极限——光速限制的是物质或信息在空间中的运动速度,而不是空间本身扩张的速率。举个形象的类比:如果你把宇宙想象成一块正在发酵的面团,葡萄干(类比星系)并未主动移动,但面团膨胀使得它们之间的间距不断增大。

随着时间推移,宇宙的膨胀动力经历了不同的主导因素。从最初的高能量密度(辐射、物质)到后来的暗能量所主导,膨胀的方式也在改变。今天我们观测到的宇宙大约已有138亿年历史,但其可观测直径却达到了约930亿光年。

这听起来似乎很矛盾:为什么138亿年光阴却能塑造一个如此广袤的“视界”?这背后的道理就是空间本身一直在扩张,远处的区域在我们看来由于时空膨胀效应似乎“比想象中更远”。简而言之,宇宙的限制并不只是类似于光速对物质运动的约束,而是通过不断的时空扩张,使远方区域迅速脱离了最初与我们的近邻位置。

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