宇宙最遙遠的恒星，距離地球280億光年，光傳到地球卻只用了129億年，難道愛因斯坦相對論錯了？

哈勃太空望遠鏡自從啟用後 就給人類帶來了許多的驚喜 舉個例子 1995年 有個組織決定用哈勃望遠鏡朝著天空中 最暗的一個天區進行長達十天的曝光 當時的天文學家十分憤怒 因為哈勃望遠鏡作為珍貴的觀測資源 天文學家們都在排著隊等著使用這個望遠鏡來完成科研專案 可卻要用來拍攝最暗的天區 在他們看來這無疑是在浪費資源 根本不會有什麼成果 可是隨著拍攝照片的公佈 整個天文學界都震驚了 因為就在這麼小的一個區域內 哈勃望遠鏡拍攝到了三千多個星系 其中每一個小點都是一個和銀河系同等級別的星系 隨後在2003年 哈勃望遠鏡又進行了一次嘗試 這次朝著天如座的一小片區域進行了長達四個月的觀測 結果拍到了一萬多個星系 哈勃望遠鏡的這幾次嘗試 一次次顛覆了天文學家對宇宙的看法 2022年3月30日 《自然》雜誌上刊登了一項利用哈勃望遠鏡觀測的研究成果 這次哈勃望遠鏡又給科學家帶來了新的驚喜 這個驚喜就是哈勃望遠鏡觀測到了一顆遙遠的恆星 並把它命名為Arundel Urundel 這個單詞Urundel是個古英語單詞 它的原意是晨星或冉冉升起的光芒 Arundel是迄今為止觀測到的距離我們最遠的一顆恆星 距離地球280億光年 打破了哈勃在2018年創造的觀測記錄 研究團隊經過研究發現 這顆恆星的質量可能比我們的太陽大50到500倍 亮度可能是太陽的數百萬倍 這顆恆星大概是在宇宙大爆炸九億年後誕生的 而我們要知道的是 根據宇宙學的研究 宇宙大爆炸大概誕生在137.99億年前 為了方便 我們可以近似看成是138億年前 那麼這就意味著 這顆恆星是誕生於129億年前 而我們觀測到它的星光正是在它誕生的時候 也就是說 這個星光傳播了129億年前 抵達地球 然後被哈勃望遠鏡觀測到了 那這就會帶來一個巨大的悖論 我們都知道 根據愛因斯坦的相對論 光速不變原理可以推導得到 物質、能量和資訊傳遞的極限速度是光速 這個恆星的星光只用了129億年就傳到了地球 照理說 129億年只夠光跑129億光年的 而這顆恆星現在距離地球是280億光年 整整多出了151億光年 而光還不能變得更快 那麼多出來的151億光年到底是咋來的? 難道是愛因斯坦的相對論錯了嗎? 宇宙大爆炸 要了解這個問題 我們還得從宇宙大爆炸理論說起 相信很多人第一次聽說宇宙大爆炸 都會覺得這個理論有點離譜 甚至有點胡扯的意味 可是在近100多年來的發展中 宇宙大爆炸已經成為了主流的科學理論 是天文學分支中宇宙學的一個機制性理論 這個理論的起源也和愛因斯坦有關 話說當初愛因斯坦在1915年提出廣義相對論時 就得到了一個很奇葩的方程 這個方程意味著 宇宙應該是隨著時間變化而發生變化的 也就是說 宇宙是動態的 不是靜態的 但是愛因斯坦認為 宇宙在大尺度上就應該是靜態的 於是 他按照自己的意願往方程裡加了一個參數 宇宙常數 只要參數取之合理 那宇宙就會在大尺度上靜態 不過 後來一些科學家認為 這個做法不靠譜 不僅如此 還有人拿出了證據 巧的是這個人就是天文學家艾德溫·哈勃 哈勃望遠鏡就是以他的名字命名的 哈勃一直觀測銀河系外的星系 他就發現一個奇怪的現象 這些星系絕大多數都在遠離我們 而且距離越遠 遠離的速度就越快 那這能說明什麼呢? 這件事情說明 宇宙應該是在膨脹的 如果只是天體自己在運動 星系應該是有的在遠離我們 有的在靠近我們 不可能出現哈勃發現的這種現象 也就是說 哈勃直接從觀測的角度證明瞭宇宙應該是動態的 後來 一群以伽莫夫為代表的核子物理學家 在前人的基礎上 做出了宇宙大爆炸模型 他們認為按照哈勃的觀測來看 如果逆著時間倒推回去 宇宙應該是起源於一個起點的大爆炸 隨後宇宙的空間開始劇烈地膨脹 這些核子物理學家還提出了兩大證據 一個是宇宙大爆炸留下的餘溫 宇宙微波背景輻射 一個是宇宙的元素質量比例 氦元素豐度 後來 這兩個關鍵證據也被科學家們找到 這才使得宇宙大爆炸成為了主流的科學理論 宇宙大爆炸理論又經歷了多次進化和迭代 成為了宇宙學中標準宇宙模型的基礎 根據現在我們對於宇宙大爆炸的瞭解 我們知道 宇宙在誕生之後的一秒內發生了很多事情 其中有一個事情就是 空間的劇烈膨脹 由於空間不是物質 資訊 能量 它是不受光速限制的 是可以超光速的 而在宇宙早期 膨脹速度也異常的猛烈 比如 根據科學家阿蘭古斯等人的研究 宇宙經歷過暴脹時期 此時的膨脹是乘指數增長的 宇宙經歷了100次加倍 不僅如此 在過去的138億年裡 宇宙是一直都在發生膨脹的 膨脹到現在 依然還在膨脹 而且根據1998年兩個科研團隊的研究來看 宇宙大概41年前 從原本的減速膨脹 轉變成了加速膨脹 這兩個科研團隊的主要成員 因此獲得了2011年的諾貝爾物理學獎 需要考慮宇宙膨脹 所以 這顆恆星的星光雖然是經歷了129億年才抵達地球 但如果我們考慮到宇宙膨脹效應 那麼結果就完全不同了 根據研究團隊的研究發現 這顆恆星是在宇宙年齡的60%誕生的 當時它距離銀河系的距離是40億光年 而此時它產生的一部分星光就朝著銀河系傳過來 但由於宇宙一直在膨脹 所以雖然當時的距離只有40億光年 但這光整整跑了129億年才抵達地球 而此時由於空間膨脹也在帶著這顆恆星退行 所以在過去的129億年裡 它也在逐步離我們遠去 根據測算 它現在的位置已經退行到了距離我們280億光年的位置 不僅如此 這顆恆星還會繼續退行 離我們越來越遠 中國先秦諸子中有一位名為獅子 他就曾經在他的這座獅子中 有過一段對於宇宙的描述 上下四方為宇 古往今來為宙 意思是宇指的是空間 宙指的是時間 宇宙就是空間和時間的集合 這已經比較接近於現代科學對於宇宙的定義了 這也給我們一個啟示 在瞭解宇宙的一些現象時 空間和時間兩個維度都是重要的參數 不同的時間對應著不同的空間 反之亦然 根據現在的科學理論 最早的一批恆星應該是誕生於 宇宙大爆炸發生後兩億年前後 也就是說距今136億年前後 所以 雖然這顆恆星已經是我們觀測到 距離我們最遠的恆星 但理論上還存在著很多距離更遠的恆星 只是由於技術等原因 我們還沒有觀測到它們的存在 哈勃望遠鏡已經服役了30多年 而它的繼任者 詹姆斯微波太空望遠鏡已經成功發射 抵達預定地點並拍攝了一些照片 或許在未來 詹姆斯微波太空望遠鏡可以 觀測到那些距離我們更遙遠的恆星