Question

宇宙膨胀的速度为什么能超过光速，不违反相对论吗？





Answer 1

为什么宇宙膨胀的速度超过了光速，却不违反相对论？

Answer 2

相对论说的有质量物体不能达到光速指的是有质量的物体不能通过有限加速达到光速，这是根据光速不变原理建立的四维时空推理得到的。

爱因斯坦在提出狭义相对论时设定了一个公设——光速不变。根据光速不变可以建立了一个包含时间维度的四维时空，而在四维时空中，速度的极限就是光速！因此爱因斯坦在根据光速不变推出了两个洛伦兹变换公式，即时间膨胀和空间收缩公式后，根据光速上限推出了第三个洛伦兹变换公式——质量膨胀公式。

而爱因斯坦正是用这个质量膨胀公式解释了物体在持续加速过程中能量的去向问题，并且那条物理学上最简洁公式——质能方程就是根据质量膨胀公式推导出来的。

而高速运动下的质量膨胀同时表明了速度存在上限——光速。由于越接近光速，质量膨胀越严重，如果达到光速质量会无限大，这显然是不可能的，因此有质量物体必然无法达到光速。

那么宇宙膨胀超光速又是怎么回事呢？这其实是时空自身在膨胀，这与物体在时空中运动是不一样的，物体在时空中运动会产生相对论效应，导致产生速度上限。但是时空自身的膨胀并不会导致其中物体产生相对论效应，因为是物体周围的空间膨胀了，物体在空间内的运动速度并没有改变，因此并不受光速极限的限制。

因此相对论并不限制宇宙膨胀超光速，相对论并没有自相矛盾。

另一方面，基于因果律，除了物体运动不能超光速，爱因斯坦还提出了信息传递不能超光速。这是由于假如信息传递超光速，因果律就会被破坏，会导致结果可以发生在原因之前，然而爱因斯坦要求相对论是符合因果律的。

那么宇宙膨胀会导致信息传递超光速吗？事实上并不会。因为由于宇宙膨胀导致彼此超光速远离的两个个体间无法实现有效的双程通信，也就是说两者之间无法传递信息。因此宇宙膨胀超光速并不违反相对论。

Answer 3

不违背。因为宇宙膨胀的速度是相对的，而光速是绝对的，所以宇宙膨胀的速度能超过光速，并不违反相对论。

Answer 4

简单来说，宇宙膨胀的速度是和距离有关的，距离越来膨胀的速度越快。因为宇宙无限大，所以膨胀速度必然可以超过光速。
相对论中的光速本质上是速度越快，时间就越慢。所以这并不和宇宙的膨胀速度相矛盾。
同时这也就是为什么我们永远看不到150亿光年以外的星系是同样的道理。

Answer 5

宇宙膨胀的速度之所以超过光速。其实就是不违反相对论，因为相对论也是一个定律。如果我们要守恒这个定律的话，那我们就是不能违反他的。